EP2400859A2 - Proteinpräparate aus sonnenblumensamen und deren herstellung - Google Patents

Proteinpräparate aus sonnenblumensamen und deren herstellung

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EP2400859A2
EP2400859A2 EP10707826A EP10707826A EP2400859A2 EP 2400859 A2 EP2400859 A2 EP 2400859A2 EP 10707826 A EP10707826 A EP 10707826A EP 10707826 A EP10707826 A EP 10707826A EP 2400859 A2 EP2400859 A2 EP 2400859A2
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protein
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sunflower seeds
extraction
protein preparation
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Claudia Pickardt
Peter Eisner
Stephanie Bader
Florian Wild
Klaus Müller
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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    • Y02P60/87—Re-use of by-products of food processing for fodder production

Definitions

  • the present invention relates to a method for obtaining protein preparations from sunflower seeds as well as to the method producible protein preparations with improved application properties.
  • Protein preparations are widely used in foods as nutritionally or techno-functional active ingredients. There are protein preparations with particularly high protein value for use as high-quality food additives (baby food, special nutrition, sports nutrition). In principle, these are also of interest for the formulation of feedstuffs in which high protein availability must be ensured. Other protein preparations have good techno-functionality and are e.g. suitable for stabilizing foams or emulsions or gels. These protein preparations are primarily suitable as food ingredients and are also used for special feeds or technical purposes.
  • protein preparations of animal and plant origin can be distinguished.
  • protein preparations of animal origin are those of chicken, milk, whey or casein and slaughterhouse gelatine preparations.
  • the disadvantage is that such protein preparations have a characteristic taste and odor and are therefore limited to certain applications. Often, they are expensive to manufacture and problematic with regard to allergies and are rejected by certain consumers for ethical reasons.
  • Protein isolates have a very high protein content of at least 90% compared to vegetable protein concentrates with a protein content of between 60% and 90%. To prepare protein isolates, the proteins are dissolved in water and then isolated from the aqueous solution. They therefore have a modified amino acid profile and altered nutritional and techno-functional properties over the extracted plant seeds.
  • Soy protein preparations namely soy protein concentrates and isolates, and wheat gluten preparations are available on the market mainly as vegetable protein preparations.
  • protein preparations from other legume proteins e.g. Pea protein concentrates, offered.
  • Oleaves and legumes are de-oiled with hexane according to the state of the art. Legume seeds are shopped, flocculated and extracted in an extraction plant with hexane. Olsamen are alternatively flocculated and de-oiled directly or mechanically utztolt (pre-pressing) and then de-oiled by extraction finished, the press cake must be broken before extraction to allow extraction. A final compression to residual amounts of about 5% without subsequent extraction is carried out, the restol content in the Expellern (press cake, Schilfern) lowers the storage stability.
  • Sunflower seeds are so far predominantly unpeeled or used only to a maximum of 2/3 marolten for Entolung. In particular for pressing, i.
  • Protein content of more than 90% can be obtained from sunflower seeds.
  • the proteins are extracted aqueous and recovered by precipitation with alcohol at low temperatures. These are expensive due to the high energy consumption for cooling and therefore limited m their application.
  • Protein concentrates from sunflower seeds are obtained by dry or nasstechnische processing, whereby the protein remains in the residue.
  • the high proportion of unwanted concomitant substances limits their use in the food sector.
  • the known vegetable protein concentrates which have a low degree of purification, restricted in their functionality and / or contain a certain proportion of interfering components, the nutritional value, the color, the smell and / or taste of the food or food containing them very negative can influence. Protein concentrates from sunflower seeds therefore have a limited
  • the object of the present invention is to provide a cost effective method for the production of protempraparates that are sensory appeal and versatile. Presentation of the invention
  • the mechanical Operaentolung the sunflower seeds to the specified residual content is preferably carried out so that a mechanically stable press cake with a thickness in the range between 0.2 and 4 cm, preferably in the range between 0.5 and 2 cm, is obtained.
  • a mechanically stable press cake with a thickness in the range between 0.2 and 4 cm, preferably in the range between 0.5 and 2 cm is obtained.
  • the inventive method also allows a gentle preparation of the preparation in such a way that a denaturation of the proteins is allowed in a defined manner.
  • the Sectionentolung and the one or more extraction steps are carried out so that the Denatur istsgrad of the proteins in the degreased proteinaceous flour (based on the input product of the method) is a maximum of 40%, preferably between 10% and 30%.
  • the extraction is carried out with a solvent or solvent mixture in several extraction steps, comprising a combination of at least one lipophilic extraction step with a lipophilic solvent or solvent mixture and at least one hydrophilic extraction step with a hydrophilic solvent or solvent mixture.
  • the concentration of the extraction solvent in the last extraction step is preferably increased to such an extent that subsequent drying can be made particularly simple and gentle.
  • the protein preparation from sunflower seeds that can be produced by the method has a protein content of at least 50%. It is accessible for low cost production since high purification, as required in protein isolates, can be avoided.
  • the protein preparation has properties similar to or even more diverse than the known protein isolates from these raw materials or even these. Due to the light color and the balanced technofunctional spectrum in the form of the water-binding, olbindenden and emulsifying functionality, the protein preparation is versatile, including in food and feed mittein to bind water and / or oil and / or pine emulsion to form , The protein preparation is suitable for replacing other preparations which have been used for these functionalities up to now and which animal or vegetable origin such as chicken eggs, milk, soya in the form of soy protein isolates, etc.
  • the protein preparation surprisingly exhibits color and functional properties which allow the protein meal to be used directly in many food and feed applications.
  • the scope of the protein preparation may be extended even further if the protein preparation is free of the plant or vegetable flavors, especially if it is substantially odorless and / or substantially tasteless. This will u. a. avoided that in the incorporation of the protein preparation in food and feed to an undesirable taste and aroma change comes.
  • the scope can be extended, so that the protein preparation z. B. can be used as a substitute for Hühnereiklar or other foam-forming additives to produce foamy food.
  • the protein preparation has a low fat content, whereby a good storage stability of the protein preparation is ensured. More preferably, the protein preparation has a low content of phytic acid, oligosaccharides and / or phenolic acids. As a result, the content of substances is reduced, which can affect the utilization of nutrients during digestion.
  • Fig. 1 shows schematically an example of the Anlagenn of the proposed method with a fractionation of phenolsaure
  • Fig. 3 shows schematically another example of the
  • the method according to the invention can be carried out, for example, in the following way.
  • preference is given to eating-type sunflower seed varieties or those having a light shell. But normal and high oleic oltype sunflower seeds can also be used.
  • the prepared raw material is extracted in an extraction device successively with different solvents under such conditions that no or only very few proteins are dissolved. This minimizes protein losses and changes. It is particularly advantageous to carry out a solvent extraction with an alcohol, for example ethanol, propanol, isopropanol.
  • an alcohol for example ethanol, propanol, isopropanol.
  • Extraction devices for the different solvents are used. The same applies to the drying equipment.
  • the entire process comprises the three steps selection and preparation of the raw materials, mechanical Operaentolung and extraction, and is shown schematically in Figure 1.
  • a further exemplary embodiment is shown in FIG.
  • a targeted conditioning and / or drying ensures that during the Entolung enzymatic processes are prevented or controlled. This may be required before or after the peeling.
  • the pressing is carried out to a Restolgehalt of 10 - 35 wt.%, Preferably 12 - 25% wt.%, Particularly preferably between 17 and 25 wt.%.
  • the pressing is carried out with a pressing geometry or nozzle, which allows the formation of stable press cake, for example in the form of pellets or strands, which are nevertheless not compressed too hard and have a certain porosity.
  • a suitable choice of the press configuration esp. Of the nozzle geometry
  • the pellets surprisingly hold together very well in the abovementioned residual amounts and, despite the small amount of shell without subsequent comminution, allow further removal with a solvent.
  • the inventors have found that the above mechanical part removal in screw presses achieves a good seed separation and an advantageous product form for the extraction so that further comminution or preparation for the subsequent further extraction steps can be dispensed with. It has been found that the residual content achieved is related to the mechanical properties such that there is an optimum degree of delamination at which the presscake properties are ideal, as shown in FIG. The optimum degree of Entolung is in this example at a Restolgehalt of about 17-20 wt.%.
  • the mechanical Operaentolung is carried out to a fat or Olgehalt the switched sunflower seeds, in which by pressing a stable press cake is obtained, which has a thickness in the range between 0.2 and 4 cm, preferably in the range between 0.5 and 2 cm.
  • the pressing is carried out with a pressing geometry or nozzle, which is the formation of stable
  • Press cake for example in the form of pellets or strands allows.
  • Particularly advantageous is a screw press with a round-hole die or a nozzle or an extruder with Rundduse used for pressing, so that the resulting compacts are obtained as Strange with round cross-section of 5 - 20 mm diameter.
  • a suitable degree of compression in which the residual fat content is in the range between 12 and 25%, compacts are obtained with sufficient for the extraction porosity and good strength.
  • pressed strands having a breaking strength of between 2 and 10 N / mm 2 , ideally between 4 and 8 N / mm 2 are obtained at a weight between 300 and 500 kg / m 3
  • extraction solvent refers to all pure fluids and solutions (e.g., organic solvents or water and aqueous solutions or supercritical gases) and fluid mixtures used for extraction. At least two changes of policy are adjusted by succession of extraction solvents. These can be stopped abruptly or continuously by mixing or displacing the previously present extraction solvent with the subsequent solvent. As such, all food approved
  • Solvents and their mixtures in question in particular water, acids, alcohols, esters, ketones, for example acetone, ethers, alkanes such as n-hexane and iso-hexane, their Polarity or water solubility in the order mentioned decreases principally (from hydrophilic to lipophilic), as well as supercritical fluids and gases, eg scCÜ 2 (supercritical CO2), which is more lipophilic at the critical point and whose polarity by further increasing the pressure towards hydrophilic as well can be further changed by increasing the temperature.
  • supercritical fluids and gases eg scCÜ 2 (supercritical CO2)
  • the following steps may be carried out, the order of hydrophilic and lipophilic steps being preferably chosen such that the total extraction gives a maximum yield (i.e., at least 90% of the yield achievable with the pure solvent):
  • lipophilic solvent for example, hexane, pure alcohol ( ⁇ 95%) or ScCO 2 at a temperature in the range of 31 - 60 0 C and a pressure in the range of 74 - 350 * 10 5 Pa are used.
  • hexane, pure alcohol ( ⁇ 95%) or ScCO 2 at a temperature in the range of 31 - 60 0 C and a pressure in the range of 74 - 350 * 10 5 Pa are used.
  • oil, phospholipids and other lipophilic components such as carotenoids are extracted.
  • the lipophilic extraction can also be carried out before the hydrophilic extraction.
  • the polarity can be changed solely by changing the pressure and temperature, so that the addition of a further solvent for a polarity change is not required.
  • the hydrophilic polarity is set first, so that the residual water bound in the raw material can be used to modify the polarity in such a way that hydrophilic substances can be extracted without further addition of water or with very little added water, surprisingly this causes the transition to the lipophilic Extraction phase at the same time a reduction of the residual water content, so that the lipophilic extraction is favored.
  • first solvent or residues of the first solvent e.g. of the alcohol or alcohol-water mixture, with the subsequent second solvent expelled.
  • the introduction of the second solvent (except water) in the supercritical phase can also improve the extraction of phenolic acids and other impurities, such as pigments and flavorings.
  • the extraction conditions are adjusted with scCC> 2 so that one after the other both water and alcohol residues can be expelled from the raffinate and a desolventation at high temperatures is thus unnecessary. This can be dispensed with a subsequent drying of the raffinate even when using water as entrainer / modifier.
  • the extraction is carried out by means of the extraction solvent in several extraction steps, wherein at least the last transition from the one to the next extraction step, the alcohol content in
  • Extraction solvent is increased maximally, ie up to the concentration of the aqueous azeotrophs, eg 96% (v / v) in ethanol, so that the alcohol concentration in the extraction mixture to over 90% (v / v) increases.
  • This makes it possible to make the subsequent drying particularly gentle, since the proportion of residual water to be removed, the less quickly and at a higher temperature than the alcohol evaporates, is reduced.
  • the further extraction (after the mechanical Partentolung) can also be carried out with only one solvent, in particular hexane, to obtain the defatted proteinaceous flour.
  • the extraction is carried out under such conditions that proteins do not or only slightly dissolve and the proteins are not or only minimally damaged and no or only a few unwanted chemical reactions occur, such as Maillard reaction or Michael addition of phenolic acids (eg measurable as max 20% less free phenolic acids and / or available lysine and / or reducible sugars or at most 10% more lysinoalanine or Maillard products).
  • Maillard reaction or Michael addition of phenolic acids (eg measurable as max 20% less free phenolic acids and / or available lysine and / or reducible sugars or at most 10% more lysinoalanine or Maillard products).
  • no thermally induced flavor changes of the extracted material occur at the set temperatures.
  • the temperature below 80 0 C better kept at ⁇ 60 ° C, ideally below 40 0 C.
  • the complete desolventation by applying a vacuum (100 - 800 hPa, preferably 200 - hPa, more preferably 200 hPa) are improved, whereby the desolventation at temperatures up to 60 0 C is made possible.
  • a vacuum 100 - 800 hPa, preferably 200 - hPa, more preferably 200 hPa
  • the use of vacuum may also be beneficial to allow for desolventation at lower temperatures.
  • sunflower proteins a defined denaturation of 5% - 40%, especially favorably between 10% and 30% (eg measurable as deviation by a maximum of 30%, better 20%, even better 10% with regard to functional properties such as immunity to harm, maximum 30% greater protein denaturation, measurable with thermoanalytical methods such as DSC) to proteins of the input product of the proposed method - is particularly advantageous in order to obtain a broad application spectrum.
  • the order of extraction can also be reversed if, for example, the extractives are to be made available for specific applications.
  • the complete removal in the first step may be advantageous in terms of obtaining the accompanying substances as functional food ingredients or for cosmetic or technical applications.
  • Particularly advantageous is the combination of Entolung with supercritical CO 2 , subsequent (aqueous) alcoholic solvent extraction and final scCC> 2 treatment for simultaneous desolventation and drying to stable end products.
  • the combination is preferably designed so that all the extractions are carried out one behind the other in a container and only the solvents, temperatures and pressures are changed.
  • the valuable fractions proteins and phenols can be obtained and both are used for different food applications.
  • the accompanying substances contained in the alcohol can be used directly for high-quality applications or further processed.
  • Particularly advantageous is the use of ScCO 2 before or during the extraction of polyphenols, because the displacement of oxygen prevents oxidation.
  • the protein fraction can be obtained free of thermally induced aroma substances and the application in foods is improved by sensory neutral protein preparations. At the same time, the functional properties of the proteins are preserved.
  • a Claridative proteinpraparat be obtained, the z. B. against protein isolates obtained by Wass ⁇ ge fractionation and elaborate isolation methods, characterized by a balanced nutrient profile and technofunctional spectrum.
  • the protein preparation is also without further treatment to z. B. to obtain the high protein content of a protein isolate, including suitable as a food or feed ingredient.
  • the protein preparation although not a protein isolate, exhibits technofunctional properties of protein isolates. It has a neutral, bright color and is largely free of sensory disturbing and anti-nutritional accompanying substances. In particular, this indicates Sunflower protein concentrate almost no odor and taste.
  • SBPM deoiled sunflower protein meal
  • the protein content is defined as the content calculated from the determination of nitrogen and its multiplication by a factor of 6.25.
  • the protein content is z. B. in percent relative to the dry mass (TS).
  • the perceptible color is defined by CIE-L * a * b * -
  • the L * -axis indicates the brightness, whereby black has the value 0 and white has the value 100, the a * -axis describes the green or red part and the b * -axis the blue part or yellow part.
  • the protein solubility is determined by determination methods according to Morr et al. 1985 (see the journal article: Morr CV., German, B., Kinsella, JE, Regenstein, JM, Van Buren, JP, Kilara, A., Lewis, BA, Mangino, ME, "A Collaborative Study on Develop a Standardized Food Protein Solubility Procedure: Journal of Food Science, Vol.
  • the water binding debris is defined by determination method (hereinafter called AACC determination method) as indicated in: American Association of Cereal Chemists, "Approved Methods of the AACC". 10th ed., AACC. St. Paul, MN, 2000b;
  • Method 56-20 "Hydration capacity of pregelatinized cereal products”.
  • the Wasserbindevermogen is z. B. in ml / g, ie milliliter of bound water per gram of preparation, and is determined according to the AACC determination method on the weight of the sediment saturated with water deducted the weight of the dry preparation after mixing of about 2 g protein preparation with about 40 ml water for 10 minutes and centrifugation at l'OOOg for 15 minutes at 20 0 C. - Olitati:
  • the Olbindevermogen is by means of determination method (hereinafter called fat binder determination method) as defined in: Ludwig I., Ludwig, E., Pingel B., "A Micro Method for Determining Fat Binding Capacity". Food / Food, 1989, 33 (1), 99.
  • the Olbindevermogen is z. B. in ml / g, ie milliliter of bound oil per gram of preparation, and is measured according to the above-mentioned method as the volume of olbmdenden sediment after mixing 1.5 g protein preparation with 15 ml corn germ for 1 minute and centrifugation at 700g for 15 minutes at 20 0 C.
  • the emulsifying capacity is determined by means of determination method (hereinafter referred to as conductivity measurement method) in which a 1% suspension of the protein preparation of 100 ml, pH 7,
  • the emulsifying capacity is defined as the maximum permeability of this suspension as determined by the spontaneous decrease in conductivity during phase inversion (see the journal article by Wasche, A., Muller, K., Knauf, U., New Processing of lupine protein isolates and functional properties ". Food / Food, 2001, 45, 393-395) and is z. B. indicated in ml Ol / g, d. H. Milliliters of emulsified oil per gram of protein preparation
  • the foam activity is given in percent, measured as a volume increase of a 5% solution, pH 7, at an impact during 8 min at level 3 (591 U / mm) in a Hobart 5ON standard cake machine (steel kettle with 5 liters content) with Ruhrbesen ( Wire brush). - foam density:
  • the foam density is given in g / l, d. H. Mass of the foam per unit volume, and is measured after impact of a 5% solution, pH 7, of 8 min at level 3 (591 rpm) in a Hobart 5ON standard cake machine (5 liter steel kettle) with broom (Wire brush).
  • the foam stability is given in percent, measured as the volume decrease of 100 ml of foam within one hour after loading a 5% solution, pH 7, 8 min at level 3 (591 rpm) in a standard Hobart 5ON cake machine (steel kettle with 5 Liter contents) with Ruhrbesen (wire brush).
  • - fat content
  • the fat content is determined after ProbenaufSchluss and saponification of fatty acids z. B. by the Caviezel method (described by DGF "Method of Caviezel", DGF KI 2c (00)) in German Society for Fat Science eV, Munster DGF-Einheits-Methoden, 2nd edition Stuttgart: WVG, 2004).
  • the color is white to off-white, light gray or light yellow, optionally with a proportion of light or dark colored particles of not more than 5% w / w, preferably less than 2% w / w.
  • the protein content is less than 90% in the dry matter (TS), preferably less than 80% based on TS. Typically, the protein content is between 50 and 70% based on TS. - Total dietary fiber content between 10 and 40% based on TS, preferably between 10 and 30% based on TS.
  • Total sugar content below 15% based on TS, preferably below 5%, more preferably below 2%.
  • Phytic acid content below 5% based on TS, preferably below 2%, particularly preferred below 1%.
  • Raffinose content below 5% based on TS, preferably below 2.5%, more preferably below 0.5%.
  • Phenolic acid content (determined as chlorogenic acid) below 5% based on TS, preferably below 2%, particularly preferably below 0.5%.
  • SBPM sunflower protein meal
  • SBPK sunflower protamine concentrate
  • the protein solubility as determined by the PNG determination method, is greater than 30%, preferably greater than 40%. Typically, protein solubility is in the range of 30-60%.
  • the water binding, determined by the AACC determination method is at least 2 ml / g, preferably at least 3 ml / g. Comparative measurements show that the water retention of the preparation at least 30% of the water binding of Pisane ® determined by the AACC method of determination amounts.
  • the oil binding determined by the fat binding method, is at least 1 ml / g, preferably at least 4 ml / g. Comparative measurements show that the oil bond at least 100% of Olitati of Pisane "or of Supro" EX33, determined by the same method.
  • the emulsifying capacity determined by the conductance measurement method, is at least 400 ml oil / g, preferably at least 500 ml oil / g. Comparative measurements show that the emulsifying capacity amounts to at least 40% of the emulsifying capacity of sodium caseinate FN5S, determined by the same method.
  • the foam activity is at least 1000%. Comparative measurements with fresh chicken crispy at 3-min impact at level 3 in a Hobart 5ON standard bakery machine with Ruhr brooms show that the foam activity of the proteinaceous protein is at least 50% or even at least 60% of the foam activity of chicken egg white.
  • the foam density is in the range of 80 and 110 g / l. Comparative measurements with chicken drumstick after serve for 3 minutes at level 3 in a Hobart 5ON standard bakery machine with Ruhrbesen show that the foam density is in the range of 80 and 110% of the foam density of chicken drumastle.
  • Foam stability is at least 80%, preferably at least 90%. It typically corresponds to at least 90% of the foam stability of chicken eggs, measured as Volume decrease of 100 ml hen's egg cream within one hour after serving for 3 min at level 3 in a Hobart 5ON standard cake machine with Ruhrbesen.
  • the protein preparation is essentially odorless and tasteless.
  • essentially the plant or Saateigen flavors are missing. So essentially no bohmger and grassy smell and taste and essentially no bitter taste are perceptible.
  • Examples of taste or aroma impressions to be tested are:
  • the color, taste and odor of the protein preparation are such that, when incorporated into food and feed, there is essentially no significant change in the species-specific appearance, smell and taste of the finished preparation, which is determined by conventional statistical methods.
  • the proposed method removes most of the plant's own flavorings and other phytochemicals, such as phenolic acids, through the use of alcohol or aqueous alcohol solutions mixed with the lake's own water. As a result, light, discoloration-stable and almost odorless and tasteless flours are obtained.
  • the protein content of the raffinate / raffinate / flour can be increased in this way by the co-extraction of other low molecular weight components, in particular the sugars contained, to proportions greater than or equal to 60%, so that without further Process steps to obtain high quality stable protein concentrates.
  • the sugar substances can be used as a carrier substance for the phenolic substances, e.g. serve in a subsequent drying to produce an application form.
  • the two fractions can be further purified or separated to make both fractions separately usable.
  • the inventors have also recognized that in an extraction with ScCO 2 special advantages in the further nasstechnische processing of de-oiled meal or meal by the reduced content of interfering impurities because the CO 2 contained in the shot simultaneously stabilizing acts in a subsequent processing because oxidation processes are restricted.
  • the functional properties of the protein preparations by the Adjustment of the grain size can be modified.
  • the water binding and the Emulgierkapazitat can be adjusted specifically to meet different requirements.
  • the process according to the invention makes it possible to produce high-quality sunflower protein preparations with a minimal use of water, which, surprisingly, have similarly good properties as protein isolates, although they have a lower protein content.
  • sunflower seeds are almost completely fractionated into nutritionally valuable and techno-functional valuable food ingredients and other fractions for energetic and technical use, whereby the protein yield is particularly high.
  • Fermentation to bio-ethanol can be used.
  • the inventors have also recognized that the oil obtained by the nonpolar extraction and containing residues of hexane, without further processing, is suitable for admixture with or production of biodiesel or can be used directly as a fuel.
  • the extractions are connected in series so that the residual alcohol bound in the shot is extracted simultaneously with the supercritical CO 2 , so that subsequent distillation or purification steps are omitted.
  • the inventors have discovered that the oil obtained by the non-polar extraction and containing residues of alcohol, surprisingly, is very well suited for further processing into biodiesel and can be used directly in a process based on enzymatic transesterification of fat with alcohol , Therefore, it is particularly advantageous that any alcohol components removed into the oil are not removed, but are retained and are used in a further processing of the oil into biodiesel according to the transesterification process.
  • Example 1 Sunflower seed protein concentrate from alcoholic extraction from de-oiled, peeled sunflower seeds. Canned kernels with a purity of
  • the sunflower protein concentrate thus obtained is a fine light powder having a protein content of> 60%.
  • the composition is in the following
  • the protein concentrate is low in plant-own flavor components.
  • the color of this cup-poor sun flower powder and concentrate is particularly appealing or neutral and is reproduced according to CIE L * a * b * with the following values:
  • the sunflower flour previously contained approx. 0.5% caffee acid derivatives, detected by HPLC (electrochemical detection) and quantified with photometric determination.
  • the extracted sunflower flour hereafter called sunflower protein concentrate, contained only traces of chlorogenic acid, i. at the detection limit of 0.01%. Accordingly, 90% of phenolic acids were extracted, identified and quantified as caffeic acid derivatives. The extracted amount was completely recovered in the extract. The dry matter loss (TS) was 24%.
  • the extracted dry matter consisted of small amounts of protein, fat and minerals.
  • phenolic acids were mainly sugars, oligosaccharides, fiber containing a total of 63% extracted, of which oligosaccharides such as raffinose at maximum extraction account for a maximum of 30%. Surprisingly, therefore, other phytochemicals, in particular phytic acid go into the extract.
  • the phenolic acids were almost completely extracted from the meal and could be found in Exlrakr. be detected.
  • the mineral content of the meal increased slightly as a result of the treatment with methanol, while the remaining impurities were removed.
  • the extraction With methanol leads to a substantial depletion of interfering impurities, especially the phenolic acids and Olbegleitstoffen.
  • the protein content has been increased to over 60%, so that a color-stable protein concentrate can be obtained or a subsequent nasstechnische extraction of high-quality protein solvates is not disturbed by polyphenols (see color of protein isolate, Table).
  • Cut feed cores were deoiled with a screw press at 40 - 50 0 C with 3 different nozzles, each having a diameter of 6, 5 and 4 mm.
  • the resulting presscakes differed in the fat content and in their structure and color (Table 2-1).
  • the fat content was determined by two methods, the buchi method (according to Caviezel) indicating the total fat content and the soxtherm method determining the extractable portion.
  • the temperature of the pressing also affected the degree of extraction and the structure of the compacts.
  • the strength of circular cross-section pressings was determined by Texture Analyzer (TA) under radial compression with a 75 mm diameter punch at a punch speed of lmm / s. Measured was the maximum force that was used until the break of the compact. The force was referred to the claimed area of lmm width and the length of the compact under the stamp The The mean of the fracture pressure was determined from 20 samples each.
  • the optimum pressing degree is achieved with a residual content of about 15% to 25% (see FIG. 2). It was recognized that even at temperatures below 6O 0 C sufficient compression of the compacts is achieved and at the same time maintain the functionality and color of the proteins best.
  • the particles are structured so that a subsequent structuring or comminution is no longer required, which is otherwise usually carried out for breaking the press cake before extraction.
  • a subsequent structuring or comminution is no longer required, which is otherwise usually carried out for breaking the press cake before extraction.
  • This method contributes to the preservation of the press cake, so that among other things protein functionality and the color in the final product can be improved. Also, the reduced degree of compression protects the proteins and the functional properties of the protein preparation are retained to an improved extent. At the same time, a particle shape is produced which allows optimum extraction and thus the residual content after de-oiling can be further reduced. This also contributes, inter alia, to an improvement in the color of the protein preparation.
  • Example 3 Sunflower seed flours and protein concentrates obtained by deoiling and extracting cup-free presscake with hexane, scCO 2 and ethanol
  • Entolung sunflower presscake a) with isohexane in a percolator at temperatures from a maximum of 60 0 C, or b) extraction (with supercritical CO 2 in a pressure vessel settings shown below, Table)
  • the pellets from the screw press (5-mm nozzle of Example 2) were then de-oiled in two different ways, first with hexane (Entolung and desolventizing at temperatures below 60 0 C) and 2 with supercritical CO 2. With hexane, a complete Entolung was achieved, the extraction with CO 2 at 800 * 10 5 Pa was also almost complete, at 285 * 10 5 Pa, however, almost 20% less oil was extracted (50 0 C, 100 kg / kg CO 2 ). The study of the acid numbers of the oils from both extraction methods revealed no fundamental differences. It was also shown that the pellets are very suitable for extraction without further comminution or processing.
  • the sunflower protein meals and concentrates thus obtained have a protein content of at least 50% (N x 5, 6) and a further composition as well as functional properties, as indicated in the following table.
  • the Sunflower Protein Concentrates (Nos. 6-8) thus obtained are free of the sunflower's own aroma components.
  • the flour (# 2) still had a certain sunflower nutty taste. After simple grinding and sieving ( ⁇ 263 mm), it was used to emulsify an egg-free salad mayonnaise, which is comparably homogeneous and was stable as with a vegetable protein isolate and was judged sensory good.
  • the color of the cup-free sunflower protein meal and the sunflower protein concentrate is particularly appealing, i. H. neutral and has the following values according to CIE-L * a * b *:
  • Example 4 Sunflower seed protein flours from de-oiled, peeled sunflower seeds with modified properties by adjusting the grain size
  • the modification of the functional properties of the sunflower protein preparation was investigated in a final preparation in the grain size.
  • the deoiled flour (# 2) was only sieved ( ⁇ 263 mm) and used directly to emulsify an egg-free salad mayonnaise that was as homogeneous and stable as a vegetable protein isolate. The taste and texture could be further improved when the protein meal was ground.
  • the functional properties of the sunflower seed protein preparations were changeable.
  • a screening or screening optionally used in conjunction with a grinding.
  • the preparations with a more homogeneous particle size distribution have a higher water binding.
  • the combination of fractionation and comminution turned out to be particularly advantageous for increasing the water binding. Overall, it is possible to modify the functional profile by a targeted preparation in the particle size distribution.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Proteinpräparaten aus Sonnenblumensamen sowie mit dem Verfahren herstellbare Proteinpräparate. Bei dem Verfahren werden die Sonnenblumensamen bis auf einen Restschalengehalt von = 5 Gew.% geschält oder geschälte Sonnenblumensamen mit einem Restschalengehalt von = 5 Gew.% bereitgestellt. Es erfolgt eine mechanische Teilentölung der geschälten Sonnenblumensamen durch Pressen, die bis auf einen Fett- oder Ölgehalt der geschälten Sonnenblumensamen im Bereich zwischen 10 und 35 Gew.% durchgeführt wird. Nach Durchführung eines oder mehrerer Extraktionsschritte mit mindestens einem Lösungsmittel wird ein entfettetes proteinhaltiges Mehl als Proteinpräparat erhalten. Das Proteinpräparat weist sowohl optisch als auch funktionell sehr vorteilhafte Eigenschaften auf, die einen direkten Einsatz im Lebens- oder Futtermittelbereich ermöglichen.

Description

Proteinpräparate aus Sonnenblumensamen und deren
Herstellung
Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Proteinpraparaten aus Sonnenblumensamen sowie mit dem Verfahren herstellbare Protein- praparate mit verbesserten Anwendungseigenschaften.
Stand der Technik
Proteinpraparate finden vielfach Anwendung in Lebensmitteln als ernährungsphysiologisch oder technofunktionell aktive Zutaten. Es gibt Proteinpraparate mit besonders hoher Proteinwertigkeit zur Anwendung als hochwertige Nahrungsmittelzusatze (Babynahrung, Spezialernahrung, Sportlernahrung) . Diese sind prinzipiell auch für die Formulierung von Futter- mittein von Interesse, in denen eine hohe Protein- verfύgbarkeit gewahrleistet werden muss. Andere Proteinpraparate haben eine gute Technofunktionalitat und sind z.B. dafür geeignet, Schaume oder Emulsionen zu stabilisieren oder Gele auszubilden. Diese Proteinpraparate sind vorrangig als Lebensmittelzutaten geeignet und finden außerdem Anwendung für SpezialFuttermittel oder technische Zwecke.
Grundsatzlich können Proteinpraparate tierischen und pflanzlichen Ursprungs unterschieden werden.
Beispiele von Proteinpraparaten tierischen Ursprungs sind solche aus Huhnerei, Milch, Molke oder Kasein und Gelatinepraparate aus Schlachtabfallen. Nachteilig ist, dass solche Proteinpraparate einen charakteristischen Eigengeschmack und Eigengeruch aufweisen und daher auf bestimmte Anwendungen beschrankt sind. Oft sind sie teuer in der Herstellung und problematisch in Bezug auf Allergien und werden von bestimmten Verbrauchern aus ethischen Gründen abgelehnt.
Man unterscheidet bei Pflanzenprotempraparaten aufgrund der Herstellung und des sich daraus ergebenden Proteingehalts zwischen Proteinkonzentraten und
Proteinisolaten. Im Vergleich zu Pflanzenprotein- konzentraten mit einem Proteingehalt zwischen 60 % und 90 % haben Proteinisolate einen sehr hohen Proteingehalt, der mindestens 90 % betragt. Zur Herstellung von Proteinisolaten werden die Proteine in Wasser gelost und anschließend aus der wassrigen Losung isoliert. Sie haben daher gegenüber den extrahierten Pflanzensamen ein verändertes Aminosaureprofil und veränderte Nährwert- und technofunktionelle Eigenschaften.
Als pflanzliche Proteinpraparate sind am Markt hauptsachlich Sojaproteinpraparate, nämlich Soja- proteinkonzentrate und -isolate, und Weizenkleber- praparate verfugbar. Daneben werden Proteinpraparate aus anderen Leguminosenproteinen, wie z.B. Erbsen- proteinkonzentrate, angeboten.
Bekannt sind ebenfalls pflanzliche Protein- praparate, Proteinkonzentrate und Proteinisolate, aus entölten Olsamen, wie z.B. Rapssamen und Sonnenblumenkernen. Diese werden jedoch zurzeit fast ausschließlich zur Olgewinnung genutzt. Die dabei anfallenden Press- und Extraktionsruckstande (Presskuchen und Schrote) werden bislang trotz des hohen ernährungsphysiologischen und technofunktionellen Potenzials im Gegensatz zu Soja nicht im Lebensmittel- bereich verwertet. Ein Grund hierfür ist der Anteil störender Begleitstoffe, wie Polyphenole, die den Geschmack und die Farbe der Produkte beeinträchtigt.
Olsamen und Leguminosen werden nach Stand der Technik mit Hexan entölt. Leguminosensamen werden dazu geschalt, flockiert und in einer Extraktionsanlage mit Hexan extrahiert. Olsamen werden alternativ flockiert und direkt entölt oder mechanisch teilentolt (Vorpressung) und anschließend durch Extraktion fertig entölt, wobei der Presskuchen vor der Extraktion aufgebrochen werden muss, um die Extraktion zu ermöglichen. Auch eine Fertigpressung bis auf Restolgehalte von ca. 5% ohne nachfolgende Extraktion wird durchgeführt, wobei der Restolgehalt in den Expellern (Presskuchen, Schilfern) die Lagerstabilitat senkt .
Sonnenblumenkerne werden bisher überwiegend ungeschält oder nur zu maximal 2/3 geschalt zur Entolung eingesetzt. Insbesondere zur Pressung, d.h.
Fertigpressung oder Vorpressung als Teilentolung, wird ein hoher Schalenanteil als notwendig erachtet. Die Presskuchen und Schrote sind in diesen Fallen dunkel gefärbt und haben einen sehr hohen Rohfasergehalt. Sie eignen sich daher nicht zur Herstellung von hochwertigen Proteinmehlen und -konzentraten . Es gibt unterschiedliche Ansätze, Proteine aus den Ruckstanden der Sonnenblumenolgewinnung zu isolieren. Die Entfernung von störenden Polyphenolen, hauptsachlich Chlorogensaure, die die Farbe von Sonnen- blumen-Proteinisolaten beeinträchtigt, steht dabei im Vordergrund. Hierfür wurden bislang Extraktionen mit unterschiedlichen Losungsmitteln, darunter auch Wasser und Alkohole zur Entfernung der Polyphenole aus entölten Sonnenblumenschroten vorgeschlagen. Die Gewinnung von Proteinisolaten aus Sonnenblumenkernen und -presskuchen oder -schroten ist besonders schwierig wegen der geringen Wasserloslichkeit der Sonnenblumenproteine, die den Einsatz von Alkali oder Salzen erfordert. Dies zieht einen besonders hohen Wasser- verbrauch zur Proteinaufbereitung (Waschen) nach sich, verbunden mit hohen Proteinverlusten, was die Herstellungskosten der Proteinisolate erhöht und damit ihr Applikationsspektrum einschrankt.
Zur Entfernung der farbaktiven phenolischen
Substanzen aus entfetteten Sonnenblumenkernen mit dem Ziel der anschließenden Proteinextraktion und Gewinnung von Proteinisolaten aus dem so vorbehandelten Material wurden unterschiedliche wassrige alkoholische Mischungen getestet, insbesondere Butanol in unterschiedlichen Anteilen mit salzsaurem Wasser, Ethanol mit einem Anteil von 95 % (v/v), Isopropanol (70 %, v/v) und Methanol (80 % v/v) . Nachteilig bei der Extraktion mit diesen Losemitteln ist die weitgehende Denaturierung der Proteine durch die Losemittelbehandlung, so dass die Proteinloslichkeit stark herabgesetzt wird. Dadurch sind die nachfolgende Extraktion von Proteinen bei der Herstellung von Proteinisolaten sowie deren Funktionalitat stark eingeschränkt .
In der WO02/060273A1 wird ein Verfahren beschrieben, mit dem Proteinisolate mit einem
Proteingehalt von mehr als 90% aus Sonnenblumensamen gewonnen werden. Die Proteine werden dafür wassrig extrahiert und durch eine Fallung mit Alkohol bei niedrigen Temperaturen gewonnen. Diese sind aufgrund des hohen Energieaufwandes für die Kühlung teuer und daher m ihrer Anwendung begrenzt.
Proteinkonzentrate aus Sonnenblumenkernen werden durch trocken- oder nasstechnische Aufbereitung gewonnen, wobei das Protein im Ruckstand verbleibt. Der hohe Anteil an unerwünschten Begleitstoffen schrankt ihre Verwendung im Lebensmittelbereich ein. Insgesamt sind die bekannten Pflanzenproteinkonzentrate, welche einen niedrigen Aufreinigungsgrad aufweisen, einge- schrankt in ihrer Funktionalitat und/oder enthalten einen gewissen Anteil störender Komponenten, die den Nährwert, die Farbe, den Geruch und/oder Geschmack der sie enthaltenden Lebens- oder Nahrungsmittel sehr negativ beeinflussen können. Proteinkonzentrate aus Sonnenblumenkernen haben daher eine beschrankte
Applikationsbreite und sind nur in niedrigen Konzentrationen einsetzbar.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Protempraparaten bereitzustellen, die sensorisch ansprechend und vielseitig einsetzbar sind. Darstellung der Erfindung
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelost. Die weiteren Ansprüche geben bevorzugte Ausfuhrungsformen des Verfahrens, ein mit dem Verfahren herstellbares Proteinpraparat und dessen bevorzugte Ausgestaltungen sowie ein Produkt an, das mit dem Proteinpraparat hergestellt wird.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Gewinnung der Proteinpraparate aus Sonnenblumensamen werden wenigstens folgende Schritte durchgeführt:
- Schalen der Sonnenblumensamen bis auf einen Restschalengehalt von < 5 Gew.% oder Bereitstellen von geschalten Sonnenblumensamen mit einem Restschalen- gehalt von ≤ 5 Gew.% (jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der Kernfraktion, wie sie unmittelbar nach dem Schalen erhalten wird) ;
- mechanische Teilentolung der geschalten Sonnenblumensamen durch Pressen bis auf einen Fett- oder Olgehalt der geschalten Sonnenblumensamen im Bereich zwischen 10 und 35 Gew.%; und
- Durchfuhrung eines oder mehrerer Extraktionsschritte mit mindestens einem Losungsmittel, durch die ein entfettetes proteinhaltiges Mehl als Proteinpraparat erhalten wird. Mindestens einer der Extraktionsschritte wird bei dem Verfahren so ausgeführt, dass eine weitere Entolung der teilentolten geschalten Sonnenblumensamen bewirkt wird.
Durch die Kombination des geringen Pestschalen¬ gehaltes und der mechanischen Teilentölung bis auf den angegebenen Restolgehalt können Proteinkonzentrate erhalten werden, die sowohl optisch als auch funktionell für einen Einsatz im Lebens- oder Futtermittelbereich sehr vorteilhafte Eigenschaften aufweisen. Das Verfahren ermöglicht eine besonders schonende Behandlung der Proteine, indem bei der mechanischen und/oder weiteren Entolung eine zu hohe Temperatur vermieden wird, die zu unerwünschten Proteinveranderungen und Aromaveranderungen fuhren konnte .
Die mechanische Teilentolung der Sonnenblumenkerne auf die angegebenen Restolgehalte wird vorzugsweise so durchgeführt, dass ein mechanisch stabiler Presskuchen mit einer Dicke im Bereich zwischen 0,2 und 4 cm, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 und 2 cm, erhalten wird. Dadurch werden die anschließenden Verfahrensschritte vereinfacht, da aufgrund der Porosität und Dicke des Presskuchens auf eine mechanische Zerkleinerung vor der weiteren Extraktion verzichtet werden kann.
Das erfindungsgemaße Verfahren erlaubt auch eine schonende Herstellung des Präparates in der Art, dass eine Denaturierung der Proteine in definierter Weise zugelassen wird. Die Teilentolung und der eine oder die mehreren Extraktionsschritte werden dabei so durchgeführt, dass der Denaturierungsgrad der Proteine im entfetteten proteinhaltigen Mehl (bezogen auf das Eingangsprodukt des Verfahrens) maximal 40%, vorzugsweise zwischen 10% und 30%, betragt. Dies ermöglicht es, qualitativ und sensorisch hochwertige Prntein- praparate mit einem breiten Applikationsspektrum zu gewinnen . Vorzugsweise wird die Extraktion mit einem Losungsmittel oder Losungsmittelgemisch in mehreren Extraktionsschritten durchgeführt, die eine Kombination von mindestens einem lipophilen Extraktionsschritt mit einem lipophilen Losungsmittel bzw. Losungsmittelgemisch und mindestens einem hydrophilen Extraktionsschritt mit einem hydrophilen Losungsmittel bzw. Losungsmittelgemisch umfassen. Weiterhin wird vorzugsweise die Konzentration des Extraktions- losungsmittels im letzten Extraktionsschritt soweit erhöht, dass eine anschließende Trocknung besonders einfach und schonend gestaltet werden kann.
Das mit dem Verfahren herstellbare Proteinpraparat aus Sonnenblumenkernen weist einen Proteingehalt von mindestens 50% auf. Es ist für eine kostengünstige Herstellung zuganglich, da eine hohe Aufreinigung, wie sie bei den Proteinisolaten erforderlich ist, vermieden werden kann.
Überraschenderweise weist das Proteinpraparat trotz des höheren Anteils an proteinfremden Stoffen Eigenschaften auf, die ahnlich wie die bekannten Proteinisolate aus diesen Rohstoffen oder sogar vielfaltiger als diese sind. Aufgrund der hellen Farbe sowie des ausgewogenen technofunktionellen Spektrums in Form der wasserbindenden, olbindenden sowie emul- gierenden Funktionalitat ist das Proteinpraparat vielseitig einsetzbar, u. a. in Lebens- und Futter- mittein, um Wasser und/oder Ol zu binden und/oder pine Emulsion zu bilden. Das Proteinpräparat ist geeignet, andere Präparate zu ersetzen, welche für diese Funktionalitaten bis anhin verwendet wurden und welche tierischen oder pflanzlichen Ursprungs sind wie Huhnerei, Milch, Soja in Form von Sojaproteinisolaten, etc .
Bereits in Form des besonders kostengünstig herstellbaren Sonnenblumenkernmehls, d.h. des aus dem Verfahren direkt erhaltenen, entfetteten protein- haltigen Mehls, weist das Proteinpraparat überraschenderweise Eigenschaften hinsichtlich Farbe und Funktionalitaten auf, die es erlauben, das Proteinmehl direkt in zahlreichen Lebensmittel- und Futtermittelanwendungen einzusetzen.
Der Anwendungsbereich des Proteinpraparats kann noch weiter erstreckt werden, wenn das Proteinpraparat frei von den pflanzen- oder saateigenen Aromen ist, insbesondere wenn es im Wesentlichen geruchsfrei und/oder im Wesentlichen geschmacksneutral ist. Dadurch wird u. a. vermieden, dass es bei der Einarbeitung des Proteinpraparats in Lebens- und Futtermitteln zu einer unerwünschten Geschmacks- und Aromaanderung kommt .
Auch durch das Erhalten einer schaumbildenden Funktionalitat kann der Anwendungsbereich erweitert werden, so dass das Proteinpraparat z. B. als Ersatz für Huhnereiklar oder andere schaumbildende Zusätze verwendet werden kann, um schaumartige Lebensmittel herzustellen.
Vorzugsweise weist das Proteinpraparat einen niedrigen Fettgehalt auf, wodurch eine gute Lager- stabilitat des Proteinpraparats gewahrleistet wird. Weiter vorzugsweise weist das Proteinpraparat einen niedrigen Gehalt an Phytinsäure, Oligosacchariden und/oder Phenolsauren auf. Dadurch ist der Gehalt an Stoffen reduziert, die bei der Verdauung die Verwertung von Nährstoffen beeinträchtigen können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden das vorgeschlagene Herstellungsverfahren sowie das damit herstellbare Proteinpraparat in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals naher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 schematisch ein Beispiel für den Verfahrensabiauf des vorgeschlagenen Verfahrens mit einer Fraktionierung der phenolsaurehaltigen
Sonnenblumenkerne in Ol, Polyphenole und Proteinkonzentrat sowie einer optionalen weiteren Fraktionierung in Proteinisolate; die Verwendungsmöglichkeiten der einzelnen Fraktionen sind in kursiver Schrift angegeben;
Fig. 2 eine Darstellung zur Ermittlung des optimalen Pressgrades hinsichtlich der mechanischen Stabilität und Erhalt der Extrahierbarkeit der Presskuchen und funktionellen Eigenschaften der daraus hergestellten Präparate; und
Fig. 3 schematisch ein weiteres Beispiel für den
Verfahrensablauf des vorgeschlagenen Verfahrens mit den Schritten Schalen,- Pressen und Hexanextraktion (alternativ: Entolung mit SCCO2 oder mit Alkohol), anschließender Alkohol-Wasser-Extraktion, Alkohol-Wasser- Verdrangungstrocknung und anschließender Feinvermahlung und/oder Sieben.
Wege zur Ausführung der Erfindung Das erfindungsgemaße Verfahren kann beispielsweise m folgender Weise durchgeführt werden. Als Ausgangsprodukt werden bevorzugt Speisetype-Sonnenblumenkern- Sorten gewählt oder solche, die eine helle Schale haben. Es können aber auch normale und High oleic Oltype-Sonnenblumenkerne verwendet werden.
Der vorbereitete Rohstoff wird in einer Extraktionsvorrichtung nacheinander mit unterschiedlichen Losungsmitteln unter solchen Bedingungen extrahiert, dass keine oder nur sehr wenig Proteine gelost werden. Dadurch werden Proteinverluste und -Veränderungen minimiert. Besonders vorteilhaft ist die Durchfuhrung einer Losemittelextraktion mit einem Alkohol, beispielsweise Ethanol, Propanol, Isopropanol. Selbstverständlich können auch mehrere
Extraktionsvorrichtungen für die unterschiedlichen Losungsmittel eingesetzt werden. Das Gleiche gilt auch für die Trocknungseinrichtungen.
Das gesamte Verfahren umfasst die drei Schritte Auswahl und Aufbereitung der Rohstoffe, mechanische Teilentolung sowie Extraktion, und ist schematisch in Figur 1 dargestellt. Ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel ist der Figur 3 zu entnehmen.
1. Auswahl und Aufbereitung der Rohstoffe: Weitgehende Abtrennung der Schalen durch eine geeignete Schaltechnologie, so dass der Restschalen- gehalt in Bezug auf die erhaltene geschalte Kernfraktion bei ≤ 5 Gew%, bevorzugt bei ≤ 1 Gew% liegt. Besonders vorteilhaft werden hierzu gezielt leicht schalbare Rohstofftypen und -Sorten ausgewählt, insbesondere Speisekerne anstatt Oltypekerne. Die Angaben zum Restschalengehalt beziehen sich in der vorliegenden Patentanmeldung auf die Gesamtmasse der Kernfraktion, wie sie unmittelbar nach dem Schalen erhalten wird.
Eine gezielte Konditionierung und/oder Trocknung stellt sicher, dass wahrend der Entolung enzymatische Prozesse verhindert oder kontrolliert werden. Diese kann vor oder nach dem Schalen erforderlich sein.
2. mechanische Teilentolung
Pressen der schalenarmen Sonnenblumenkerne durch Schneckenpressen, dabei Kontrolle der Temperatur, ggf. Kühlung, auf unter 8O0C, besser unter 60 0C, noch besser unter 500C. Damit werden Maillardreaktionen und sonstige Proteinveranderungen vermindert, außerdem Reaktionen von anderen Begleitstoffen mit Proteinen, z.B. Polyphenole.
Das Pressen erfolgt bis auf einen Restolgehalt von 10 - 35 Gew.%, vorzugsweise 12 - 25% Gew.%, besonders bevorzugt zwischen 17 und 25 Gew.%. Die Pressung wird mit einer Pressgeometrie bzw. Düse durchgeführt, die die Ausformung von stabilen Presskuchen ermöglicht, z.B. in der Form von Pellets oder Strängen, d.i P dennoch nicht zu hart zusammengepresst sind und eine gewisse Porosität aufweisen. Bei einer geeigneten Wahl der Presskonfiguration (insb. der Dusengeometrie) halten die Pellets bei den oben angegebenen Restolgehalten überraschenderweise sehr gut zusammen und ermöglichen trotz des geringen Schalenanteils ohne anschließende Zerkleinerung eine weitere Entolung mit einem Losungsmittel. Die Erfinder haben hierbei herausgefunden, dass durch die obige mechanische Teilentolung in Schneckenpressen ein guter Saat-AufSchluss und eine vorteilhafte Produktform für die Extraktion erreicht werden, so dass auf eine weitere Zerkleinerung oder Vorbereitung für die anschließenden weiteren Extraktionsschritte verzichtet werden kann. Dabei wurde erkannt, dass der erzielte Restolgehalt mit den mechanischen Eigenschaften in der Art zusammenhangt, dass es einen optimalen Grad der Entolung gibt, bei dem die Presskucheneigenschaften ideal sind, wie dies aus Figur 2 ersichtlich ist. Der optimale Grad der Entolung liegt in diesem Beispiel bei einem Restolgehalt von etwa 17-20 Gew.%.
Besonders vorteilhaft für die Effizienz der weiteren Extraktionsschritte wird die mechanische Teilentolung bis auf einen Fett- oder Olgehalt der der geschalten Sonnenblumensamen durchgeführt, bei dem durch das Pressen ein stabiler Presskuchen erhalten wird, der eine Dicke im Bereich zwischen 0,2 und 4 cm, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 und 2 cm aufweist.
Die Pressung wird mit einer Pressgeometrie bzw. Düse durchgeführt, die die Ausformung von stabilen
Presskuchen, z.B. in der Form von Pellets oder Strängen ermöglicht. Besonders vorteilhaft wird eine Schneckenpresse mit einer Rundloch-Matrize oder einer Düse oder ein Extruder mit Rundduse zur Pressung verwendet, so dass die erhaltenen Presslinge als Strange mit rundem Querschnitt von 5 - 20 mm Durchmesser erhalten werden. Durch die Wahl eines geeigneten Pressgrads, bei dem der Restfettgehalt im Bereich zwischen 12 und 25 % liegt, werden Presslinge mit einer für die Extraktion noch ausreichenden Porosität und guter Festigkeit erhalten. Dabei werden Pressstrange mit einer Bruchfestigkeit zwischen 2 und 10 N/mm2, idealerweise zwischen 4 und 8 N/mm2 bei einem Schuttgewicht zwischen 300 und 500 kg/m3 erhalten
3. Extraktion der vorbereiteten Samen bzw. der Presskuchen-Pellets : Vorzugsweise erfolgt die weitere Extraktion durch Kombination von mindestens zwei Extraktionslosungs- mitteln unterschiedlicher Polarität in der Art, dass enthaltene hydrophilere Begleitstoffe vor, mit oder nach dem Ol extrahiert werden. Als Extraktions- losungsmittel werden nachfolgend alle reinen Fluide und Losungen (z.B. organische Losungsmittel oder Wasser und wassrige Losungen oder überkritische Gase) und Fluidgemische bezeichnet, die zur Extraktion verwendet werden. Dabei werden mindestens zwei Polariatswechsel durch Aufeinanderfolge der Extraktionslosungsmittel eingestellt. Diese können schlagartig oder kontinuierlich eingestellt werden, indem das vorher vorhandene Extraktionslosungsmittel mit dem nachfolgenden vermischt oder durch dieses verdrangt wird. Als solche kommen alle lebensmittelrechtlich zugelassenen
Losungsmittel und ihre Gemische in Frage, insbesondere Wasser, Sauren, Alkohole, Ester, Ketone, z.B. Aceton, Ether, Alkane wie n-Hexan und iso-Hexan, deren Polarität bzw. Wasserloslichkeit in der genannten Reihenfolge grundsatzlich abnimmt (von hydrophil zu lipophil), sowie überkritische Flüssigkeiten und Gase, z.B. scCÜ2 (überkritisches CO2) , das am kritischen Punkt eher lipophil ist und dessen Polarität durch weitere Erhöhung des Drucks in Richtung hydrophil sowie durch Erhöhung der Temperatur weiter verändert werden kann.
So können beispielsweise folgende Schritte durchgeführt werden, wobei die Reihenfolge der hydrophilen und lipophilen Schritte vorzugsweise so gewählt wird, dass die Gesamtextraktion eine maximale Ausbeute ergibt (d.h. mindestens 90% der mit dem reinen Losungsmittel erzielbaren Ausbeute) :
- Extraktion von maßig hydrophilen Begleitstoffen, insbesondere Phenolsauren und Aromastoffen, durch Alkohol, vorzugsweise Isopropanol, Ethanol oder Methanol, in einer Konzentration, bei der die Proteine nicht oder nur wenig gelost werden. Dazu wird eine Alkoholkonzentration von großer 60%, vorzugsweise zwischen 60 und 80%, eingestellt ( v/v-Konzentration des Alkohols im Extraktionslosungsmittel) . Weiterhin kann auch SCCO2 als Losungsmittel eingesetzt werden, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 40 und 8O0C und bei einem Druck über 300 * 105 Pa, vorzugsweise im Bereich von 350 - 800 * 105 Pa, wobei es mit zunehmendem Druck hydrophilere Eigenschaften aufweist.
- Extraktion lipophiler Bestandteile mit einem lipophilen Losungsmittel bis zur vollständigen Entolung auf einen Restolgehalt von höchstens 5% (Buchi-Methode nach Caviezel) . Als lipophiles Losungsmittel kann beispielsweise Hexan, reiner Alkohol (≥ 95%) oder ScCO2 bei einer Temperatur im Bereich von 31 - 600C und einem Druck im Bereich von 74 - 350 * 105 Pa eingesetzt werden. Damit werden insbesondere Ol, Phospholipide und andere lipophile Bestandteile wie beispielsweise Carotinoide extrahiert.
- ggf. Wiederholung der ersten Extraktion nach der zweiten Extraktion.
Die lipophile Extraktion kann bei Bedarf auch vor der hydrophilen Extraktion durchgeführt werden.
Vorteilhafterweise wird die Polarität der
Extraktionslosungsmittel durch vorhandenes Restwasser nach der Vorbehandlung, insbesondere nach der mechanischen Vor-Entolung bzw. wahrend der Olextraktion verändert, so dass wahrend des Extraktionsprozesses mit einem einzigen zugesetzten Losungsmittel unterschiedliche Polaritäten des tatsachlichen Extraktions- gemischs entstehen.
Bei Nutzung von überkritischen Gasen, insbesondere überkritischem Kohlenstoffdioxid (SCCO2) kann die Polarität allein durch Änderung von Druck und Temperatur verändert werden, so dass der Zusatz eines weiteren Losungsmittels für einen Polaritatswechsel nicht erforderlich ist. Durch sukzessive Verdrängung des rohstoffgebundenen Wassers kann die Polarität wahrend der Extraktion nahezu kontinuierlich verändert werden. Besonders vorteilhaft wird die hydrophilere Polarität zuerst eingestellt, so dass das im Rohstoff gebundene Restwasser zur Modifikation der Polarität in der Art genutzt werden kann, dass hydrophile Substanzen ohne weiteren Wasserzusatz oder mit sehr wenig zugesetztem Wasser extrahiert werden können, überraschenderweise bewirkt dies beim Übergang zur lipophilen Extraktionsphase gleichzeitig eine Verminderung des Restwassergehalts, so dass die lipophile Extraktion begünstigt wird. Durch die
Entfernung des Wassers vor bzw. wahrend der ersten Extraktion kann eine sonst übliche Trocknung vor der Entolung entfallen. Normalerweise wäre nach dem Pressen eine Konditionierung erforderlich, weil bei angestiegenem relativen Wassergehalt im Presskuchen wegen verminderten Olgehalts und resultierender geringerer Gesamtmasse die Entolung mit lipophilem Losungsmittel erschwert wäre.
Besonders vorteilhaft wird das erste Losungsmittel oder werden Reste des ersten Losungsmittels, z.B. des Alkohols oder Alkohol-Wassergemischs, mit dem anschließenden zweiten Losungsmittel ausgetrieben.
Ggf. kann es notig sein, zuvor das Wasser mit Alkohol vollständig zu verdrangen, um nachteilige Einflüsse von Wasser in der nachfolgenden Extraktion zu verhindern. Die Alkoholkonzentration wird in der ersten Extraktion soweit erhöht, dass der Alkohol anschließend durch das lipophilere Losungsmittel gelost werden kann. Eine selektive Abtrennung bei unterschiedlichen Druckstufen beim Einsatz von ScCO2 ermöglicht die weitgehende Abtrennung der Alkoholphase. Durch das im Rohstoff enthaltene Wasser oder zugesetztes Wasser oder andere Co-Solvents können die Losungseigenschaften weiter modifiziert werden, so dass die Gewinnung maßig polarer Wertstoffe möglich ist. Durch Kombination von hohem Druck (>500*105 Pa) und einer Temperatur zwischen 40 und 600C werden bessere Extraktionsraten der Phenolsauren und der Olbegleitstoffe erzielt. Die Einbringung des zweiten Losungsmittels (außer Wasser) in die überkritische Phase kann die Extraktion der Phenol- sauren und weiterer Begleitstoffe, z.B. Pigmente und Aromastoffe auch verbessern. Besonders vorteilhaft werden die Extraktionsbedingungen mit scCC>2 so eingestellt, dass hintereinander sowohl Wasser- als auch Alkohol-Reste aus dem Raffinat ausgetrieben werden können und ein Desolventieren mit hohen Temperaturen dadurch überflüssig wird. Dadurch kann auf eine anschließende Trocknung des Raffinats auch bei Verwendung von Wasser als Schleppmittel/ Modifier verzichtet werden.
Bei der Verwendung von wassrigem Alkohol wird die Extraktion mittels des Extraktionslosungsmittels in mehreren Extraktionsschritten durchgeführt, wobei bei mindestens dem letzten Übergang von dem einem zum nächsten Extraktionsschritt der Alkoholgehalt im
Extraktionslosungsmittel maximal erhöht wird, d.h. bis zur Konzentration des wassrigen Azeotrophs, z.B. 96 % (v/v) bei Ethanol, so dass die Alkoholkonzentration im Extraktionsgemisch auf über 90 % (v/v) ansteigt. Dies erlaubt es, die anschließende Trocknung besonders schonend zu gestalten, da der Anteil des zu entfernenden Restwassers, das weniger schnell und bei einer höheren Temperatur als der Alkohol verdampft, reduziert ist.
Selbstverständlich kann die weitere Extraktion (nach der mechanischen Teilentolung) auch mit nur einem Losungsmittel, insbesondere Hexan, durchgeführt werden, um das entfettete proteinhaltige Mehl zu erhalten.
Die Extraktion wird unter solchen Bedingungen durchgeführt, dass Proteine nicht oder nur geringfügig in Losung gehen und die Proteine nicht oder nur minimal geschadigt werden und keine oder nur wenige unerwünschte chemische Reaktionen auftreten wie Maillard- reaktion oder Michael-Addition von Phenolsauren (z.B. messbar als max. 20% weniger freie Phenolsauren und/oder verfugbares Lysin und/oder reduzierbare Zucker bzw. max. 10% mehr Lysinoalanin oder Maillardprodukte) . Weiterhin treten bei den eingestellten Temperaturen keine thermisch bedingten Aromaveranderungen des extrahierten Materials auf. Hierzu wird insbesondere die Temperatur unter 800C, besser bei ≤ 60°C gehalten, idealerweise unter 400C. Wenn eine Hexanentolung durchgeführt wird, kann die vollständige Desolven- tierung durch Anlegen eines Vakuums (100 - 800 hPa, vorzugsweise 200 - 500 hPa, besonders bevorzugt 200 hPa) verbessert werden, wodurch die Desolventierung bei Temperaturen bis maximal 600C ermöglicht wird. Bei anderen Losungsmitteln ist die Anwendung von Vakuum ggf. ebenfalls vorteilhaft, um die Desolventierung bei niedrigeren Temperaturen zu prmoglichen.
Dabei zeigt sich, dass bei Sonnenblumenproteinen eine definierte Denaturierung von 5% - 40%, besonders gunstig zwischen 10% und 30% (z.B. messbar als Abweichung um maximal 30%, besser 20%, noch besser 10% hinsichtlich funktioneller Eigenschaften wie Protem- loslichkeit , max. 30% größere Proteindenaturierung, messbar mit thermoanalytischen Methoden wie DSC) , - bezogen auf Proteine des Eingangsprodukts des vorgeschlagenen Verfahrens - besonders vorteilhaft ist, um ein breites Applikationsspektrum zu erhalten.
Die Reihenfolge der Extraktion kann auch umgekehrt erfolgen, wenn z.B. die Extraktstoffe für spezifische Anwendungen nutzbar gemacht werden sollen. Die vollständige Entolung im ersten Schritt kann im Hinblick auf die Gewinnung der Begleitstoffe als funktionelle Lebensmittelzutaten oder für kosmetische oder technische Anwendungen vorteilhaft sein. Besonders vorteilhaft ist die Kombination von Entolung mit überkritischem CO2, anschließender (wassrig-) alkoholischer Losungsmittelextraktion und abschließender scCC>2-Behandlung zur gleichzeitigen Desolventierung und Trocknung zu stabilen Endprodukten. Die Kombination wird vorzugsweise so gestaltet, dass alle Extraktionen hintereinander in einem Behalter durchgeführt werden und nur die Losungsmittel, Temperaturen und Drucke verändert werden.
Überraschenderweise können dabei gleichzeitig die wertvollen Fraktionen Proteine und Phenole gewonnen und beide für unterschiedliche Lebensmittelanwendungen genutzt werden. Die im Alkohol enthaltenen Begleitstoffe können direkt für hochwertige Anwendungen genutzt werden oder weiter verarbeitet werden. Besonders vorteilhaft ist auch die Verwendung von ScCO2 vor oder bei der Extraktion von Polyphenolen, weil durch die Verdrängung von Sauerstoff eine Oxidation verhindert wird.
Überraschenderweise zeigt sich auch, dass beim
Einsatz von Alkohol die Abreicherung der Phospholipide gegenüber einer reinen Hexanextraktion verbessert wurde, wodurch die sensorische Qualität des entölten Mehls weiter verbessert wird.
Weiterhin zeigt sich, dass die Proteinfraktion frei von thermisch bedingten Aromastoffen gewonnen werden kann und die Anwendung in Lebensmitteln durch sensorisch neutrale Proteinpraparate verbessert wird. Gleichzeitig bleiben die funktionellen Eigenschaften der Proteine erhalten.
Durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren kann ein Sonnenblumenproteinpraparat gewonnen werden, das sich z. B. gegenüber Proteinisolaten, die durch wassπge Fraktionierung und aufwandige Isolierungsverfahren gewonnen werden, durch ein ausgewogenes Nahrwertprofil und technofunktionelles Spektrum auszeichnen. Das Proteinpraparat ist auch ohne weitere Aufbereitung, um z . B. den hohen Proteingehalt eines Proteinisolates zu erhalten, u. a. als Lebens- oder Futtermittelzutat geeignet. Überraschenderweise zeigt das Proteinpraparat, obwohl es kein Proteinisolat ist, technofunktionelle Eigenschaften von Proteinisolaten auf. Es hat eine neutrale, helle Farbe und ist weitgehend frei von sensorisch störenden und antinutritiven Begleitstoffen. Insbesondere weist das Sonnenblumenproteinkonzentrat nahezu keinen Eigengeruch und Eigengeschmack auf.
Besonders überraschend ist, dass bereits das entölte Sonnenblumenproteinmehl (SBPM) eine überaus ansprechende Farbe und sehr ausgeprägte Funktionalität hat und für zahlreiche Lebensmittel- und Futtermittelanwendungen geeignet ist.
Nachfolgend wird zur quantitativen Charakterisierung der hergestellten Proteinpräparate auf folgende BeStimmungsverfahren zurückgegriffen:
- Proteingehalt:
Der Proteingehalt ist definiert als der Gehalt, der sich aus der Bestimmung des Stickstoff und dessen Multiplikation mit dem Faktor 6,25 errechnet. Der Proteingehalt ist z. B. in Prozent bezogen auf die Trockenmasse (TS) angebbar.
- Farbe: Die wahrnehmbare Farbe ist mittels CIE-L*a*b*-
Farbmessung definiert (vgl. DIN 6417) . Dabei gibt die L*-Achse die Helligkeit an, wobei Schwarz den Wert 0 und Weiss den Wert 100 hat, die a*-Achse beschreibt den Grün- oder Rotanteil und die b*-Achse den Blau- oder Gelbanteil.
- Proteinlöslichkeit :
Die Proteinlöslichkeit ist mittels Bestimmungsverfahren nach Morr et al. 1985 bestimmt (siehe den Zeitschriftenartikel: Morr CV. , German, B., Kinsella, J.E., Regenstein, J. M., Van Buren, J. P., Kilara, A., Lewis, B. A., Mangino, M.E, "A Collaborative Study to Develop a Standardized Food Protein Solubility Procedure . Journal of Food Science", Band 50 (1985) Seiten 1715-1718 ) . Dabei wird das Proteinpraparat zu einem Masse-Volumenanteil von 1:25 bis 1:50 (w/v) (d. h. 1-2 g des Proteinpraparats auf 50 ml Losung) in einer 0,1 M NaCl-Losung bei Raumtemperatur suspendiert und unter Verwendung von 0, 1 M HCl- oder NaOH-Losung ca. 60 min bei einem pH- Wert von pH 7 gehalten und mit ca. 200 U/mm gerührt und das unlösliche Sediment danach für 15 min bei 20tausendfacher Erdbeschleunigung (20'00Og) abzentri- fugiert. Die Proteinloslichkeit ist z. B. in Prozent angebbar, wobei eine Proteinloslichkeit von x % bedeutet, dass x % des im Präparat vorhandenen Proteins im geklarten Überstand wiedergefunden werden, wenn die genannte Methode angewendet wird. - Wasserbindung:
Das Wasserbindevermogen ist mittels Bestimmungsverfahren (nachfolgend AACC-Bestimmungsverfahren genannt) definiert, wie es angegeben ist in: American Association of Cereal Chemists, "Approved methods of the AACC". 10th ed., AACC. St. Paul, MN, 2000b;
Method 56-20. "Hydration capacity of pregelatinized cereal products". Das Wasserbindevermogen ist z. B. in ml/g angebbar, d. h. Milliliter gebundenes Wasser pro Gramm Präparat, und wird gemass dem AACC- Bestimmungsverfahren bestimmt über das Gewicht des mit Wasser gesattigten Sediments abzuglich der Einwaage des trockenen Präparats nach Mischung von ca. 2 g Proteinpraparat mit ca. 40 ml Wasser für 10 Minuten und Zentrifugation bei l'OOOg für 15 Minuten bei 200C. - Olbindung:
Das Olbindevermogen ist mittels Bestimmungsverfahren (nachfolgend Fettbinde-Bestimmungsverfahren genannt) definiert, wie es angegeben ist in: Ludwig I., Ludwig, E., Pingel B., "Eine Mikromethode zur Bestimmung der Fettbindkapazitat " . Nahrung/Food, 1989, 33(1), 99. Das Olbindevermogen ist z. B. in ml/g angebbar, d. h. Milliliter gebundenes Ol pro Gramm Präparat, und wird gemäß o.g. Bestimmungsverfahren gemessen als Volumen des olbmdenden Sediments nach Mischung von 1,5 g Proteinpraparat mit 15 ml Maiskeimol für 1 Minute und Zentrifugation bei 700g für 15 Minuten bei 200C.
- Emulgierkapazitat :
Die Emulgierkapazitat ist mittels Bestimmungsverfahren (nachfolgend Konduktivitatsmessungs-Methode genannt) bestimmt, bei welchem einer 1 %igen Suspension des Proteinpraparats von 100 ml, pH 7,
Maiskeimol zugegeben wird bis zur Phaseninversion der Ol-in-Wasser-Emulsion. Die Emulgierkapazitat ist definiert als das maximale Olaufnahmevermogen dieser Suspension, bestimmt über die spontane Abnahme der Leitfähigkeit bei der Phaseninversion (vgl. den Zeitschriftenartikel von Wasche, A. , Muller, K. , Knauf, U., "New processing of lupin protein isolates and functional properties". Nahrung/Food, 2001, 45, 393-395) und ist z. B. angebbar in ml Ol/g, d. h. Milliliter emulgiertes Ol pro Gramm Proteinpraparat
- Schaumaktivitat :
Die Schaumaktivitat ist angegeben in Prozent, gemessen als Volumenzunahme einer 5 %igen Losung, pH 7, bei Aufschlag wahrend 8 min auf Stufe 3 (591 U/mm) in einer Hobart 5ON Standard-Kuchenmaschine (Stahlkessel mit 5 Liter Inhalt) mit Ruhrbesen ( Drahtbesen) . - Schaumdichte:
Die Schaumdichte ist angegeben in g/l, d. h. Masse des Schaums pro Volumeneinheit, und wird gemessen nach Aufschlag einer 5 %igen Losung, pH 7, von 8 min auf Stufe 3 (591 U/min) in einer in einer Hobart 5ON Standard-Kuchenmaschine (Stahlkessel mit 5 Liter Inhalt) mit Ruhrbesen (Drahtbesen) .
- Schaumstabilitat :
Die Schaumstabilitat ist angegeben in Prozent, gemessen als Volumenabnahme von 100 ml Schaum innerhalb einer Stunde nach Aufschlag einer 5 %igen Losung, pH 7, 8 min auf Stufe 3 (591 U/min) in einer Hobart 5ON Standard-Kuchenmaschine (Stahlkessel mit 5 Liter Inhalt) mit Ruhrbesen (Drahtbesen) . - Fettgehalt:
Der Fettgehalt ist bestimmt nach ProbenaufSchluss und Verseifung der Fettsauren z. B. nach der Caviezel- Methode (beschrieben bei DGF. "Method of Caviezel", DGF K-I 2c (00) . In Deutsche Gesellschaft für Fettwissenschaft e. V., Munster. DGF-Einheits- methoden, 2nd edition. Stuttgart: WVG, 2004) .
- Für Vergleichszwecke wurden folgende kommerzielle hergestellte Produkte verwendet:
- Erbsenproteinisolat Pisane® (hergestellt von Cosucra) ,
- Sojaprotemisolat SUPRO® EX33 (hergestellt von DuPont) .
- Natriumkaseinat (sprühgetrocknet), FN5S von Rovita.
Mit dem erfindungsgemaßen Herstellungsverfahren sind Proteinpraparate aus Sonnenblumenkernen mit folgenden Eigenschaften herstellbar: Aussehen :
- In schuttfahiger Form, z. B. als Flocken, Granulat, Pulver oder in Form anderer Partikel.
- Die Farbe ist weiß bis cremefarben, hellgrau oder hellgelb, gegebenenfalls mit einem Anteil heller oder dunkler gefärbter Partikel von maximal 5 % w/w, vorzugsweise unter 2 % w/w. Die Helligkeit L* gemäß CIE-L*a*b*-Farbmessung ergibt einen Wert von mindestens 70, L+ >= 70. Folgendes sind typische Werte für L*, a* und b* :
L* >= 80, -5 < a* < +5, -5 < b* < +20; vorzugsweise L* >= 85, -3 < a* < +3, - 2 < b* < +15; besonders bevorzugt L* >= 90, -1 < a* < +1, 0 < b* < +10.
Zusammensetzung:
- Der Proteingehalt betragt weniger als 90 % in der Trockenmasse (TS) , vorzugsweise weniger als 80 % bezogen auf TS. Typischerweise liegt der Proteingehalt zwischen 50 und 70 % bezogen auf TS. - Gesamtballaststoffgehalt zwischen 10 und 40 % bezogen auf TS, bevorzugt zwischen 10 und 30 % bezogen auf TS.
- Fettgehalt, ermittelt z B. durch gravimetrische Bestimmung nach Soxhletextraktion, unter 3 % bezogen auf TS, bevorzugt unter 1 %.
- Gesamtzuckergehalt unter 15 % bezogen auf TS, bevorzugt unter 5 %, besonders bevorzugt unter 2 %.
- Gehalt an unerwünschten, insbesondere antinutritiven Stoffen: • Phytinsauregehalt unter 5 % bezogen auf TS, bevorzugt unter 2 %, besonders bevorzugt unter 1 %. • Raffinosegehalt unter 5% bezogen auf TS, bevorzugt unter 2,5%, besonders bevorzugt unter 0,5%.
• Phenolsauregehalt (bestimmt als Chlorogensaure) unter 5 % bezogen auf TS, bevorzugt unter 2 %, besonders bevorzugt unter 0,5 %.
- Ligningehalt unter 6 % bezogen auf TS, bevorzugt unter 4 %, besonders bevorzugt unter 3 %.
- Allgemein ist der Protein- sowie Ligningehalt beim Sonnenblumenproteinmehl (SBPM) tiefer als beim daraus hergestellten Sonnenblumenprotemkonzentrat (SBPK), wahrend der Gehalt an Fett, Zuckern und Phenolsauren beim SBPM hoher als beim SBPK ist.
Technofunktionelle Eigenschaften:
- Proteinloslichkeit :
Die Proteinloslichkeit, bestimmt nach dem PNG- Bestimmungsverfahren, ist großer als 30 %, bevorzugt großer als 40 %. Typischerweise liegt die Protein- loslichkeit im Bereich von 30-60 %.
- Wasserbindung:
Die Wasserbindung, bestimmt nach dem AACC- Bestimmungsverfahren, betragt mindestens 2 ml/g, bevorzugt mindestens 3 ml/g. Vergleichsmessungen zeigen, dass die Wasserbindung des Präparats mindestens 30 % der Wasserbindung von Pisane®, bestimmt nach dem AACC-Bestimmungsverfahren, betragt.
- Olbindung:
Die Olbindung, bestimmt nach dem Fettbinde- Bestimmungsverfahren, betragt mindestens 1 ml/g, bevorzugt mindestens 4 ml/g. Vergleichsmessungen zeigen, dass die Olbindung mindestens 100% der Olbindung von Pisane" oder von Supro" EX33, bestimmt nach demselben Verfahren, betragt.
- Emulgierkapazitat :
Die Emulgierkapazitat, bestimmt nach der Konduk- tivitatsmessungs-Methode, betragt mindestens 400 ml Ol/g, bevorzugt mindestens 500 ml Ol/g. Vergleichsmessungen zeigen, dass die Emulgierkapazitat mindestens 40% der Emulgierkapazitat von Natrium- kaseinat FN5S, bestimmt nach demselben Verfahren, betragt.
- Schaumbildende Eigenschaften:
• Schaumaktivitat :
Die Schaumaktivitat betragt mindestens 1000 %. Vergleichsmessungen mit frischem Huhnereiklar bei Aufschlag während 3 min auf Stufe 3 in einer Hobart 5ON Standard-Kuchenmaschine mit Ruhrbesen zeigen, dass die Schaumaktivitat des Protein- praparats mindestens 50 % oder sogar mindestens 60 % der Schaumaktivitat von Huhnereiklar entspricht.
• Schaumdichte:
Die Schaumdichte liegt im Bereich von 80 und 110 g/l. Vergleichsmessungen mit Huhnereischnee nach Aufschlag wahrend 3 min auf Stufe 3 in einer Hobart 5ON Standard-Kuchenmaschine mit Ruhrbesen zeigen, dass die Schaumdichte im Bereich von 80 und 110 % der Schaumdichte von Huhnereischnee liegt.
• Schaumstabilitat : Die Schaumstabilitat betragt mindestens 80 %, vorzugsweise mindestens 90 %. Sie entspricht typischerweise mindestens 90 % der Schaumstabilitat von Huhnereischnee, gemessen als Volumenabnahme von 100 ml Huhnereischnee innerhalb einer Stunde nach Aufschlag wahrend 3 min auf Stufe 3 in einer Hobart 5ON Standard- Kuchenmaschine mit Ruhrbesen.
Sensorische Eigenschaften:
Nebst der hellen Farbe ist das Proteinpraparat, insbesondere in Form des SBPK, im Wesentlichen geruchsfrei und geschmacksneutral. Insbesondere fehlen im Wesentlichen die pflanzen- oder saateigenen Aromen. So sind im Wesentlichen kein bohmger und grasiger Geruch und Geschmack sowie im Wesentlichen kein Bittergeschmack wahrnehmbar.
Sensorische Tests, in welchen geschulte Prüfer einen bestimmten Geschmacks- oder Aromaeindruck des Proteinpraparats und einer geeigneten Referenzsubstanz vergleichen und auf einer Skala von 1 bis 10 (1 = nicht wahrnehmbar, 10 = stark wahrnehmbar) bewerten, wobei die Referenzsubstanz so gewählt ist, dass bei ihr der zu prüfende Geschmacks- oder Aromaeindruck mit mindestens 8 bewertet wird, zeigen, dass dem Proteinpraparat ein Wert von 3 oder weniger (typischerweise ein Wert von 1) zugeordnet wird.
Beispiele von zu testenden Geschmacks- oder Aromaeindrucken sind:
- bohmger Geschmack im Vergleich zu Sojabohnen;
- Grüner bis grasiger Geschmack im Vergleich zu grünem Paprika oder grünen Erhspn;
- Bittergeschmack im Vergleich zu einer 0, 1 %igen wassrigen Koffeinlosung. Farbe, Eigengeschmack und Eigengeruch des Proteinpraparats sind so, dass bei der Einarbeitung in Lebens- und Futtermittel im Wesentlichen keine mit üblichen statistischen Methoden ermittelte signi- fikante, als negativ zu wertende Veränderung des arteigenen Aussehens, Geruchs und Geschmacks der fertigen Zubereitung auftritt.
Sensorische Tests zeigen, dass die Geschmacks- und Aromaanderung, die in einer Lebensmittelzubereitung durch den Einsatz des Proteinpraparats hervorgerufen wird, gegenüber der Lebensmittelzubereitung ohne das Proteinpraparat auf ein derartiges Maß begrenzt ist, dass ein geschulter Prüfer eine Abweichung eines der oben genannten Geschmacks- oder Aromamerkmale auf einer Skala von 1-10 von maximal 3 Stufen, besser maximal 1 Stufe (fast nicht mehr erkennbare Abweichung) erkennen kann.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird durch die Anwendung von mit dem saateigenen Wasser vermischtem Alkohol oder wassrigen Alkohollosungen der Großteil der pflanzeneigenen Aromastoffe und weiteren sekundären Pflanzenstoffe wie Phenolsauren entfernt. Dadurch werden helle, verfarbungsstabile und nahezu geruchs- und geschmacksneutrale Mehle erhalten.
überraschenderweise kann der Proteingehalt des Raffinats/ Raffinats/Mehls auf diese Weise durch die Mitextraktion anderer niedermolekularer Bestandteile, insbesondere die enthaltenen Zucker, auf Anteile großer/gleich 60% erhöht werden, so dass ohne weitere Prozessschritte hochwertige stabile Proteinkonzentrate erhalten werden.
In der Alkohol-, wassrigen oder Wasser-Alkohol- Phase fallt dabei ggf. ein Gemisch von Zuckern/
Oligosacchariden und sekundären Pflanzenstoffe wie Phenolsauren an. Besonders vorteilhaft können die Zuckerstoffe als Tragerstoff für die phenolischen Stoffe z.B. bei einer anschließenden Trocknung zur Herstellung einer Anwendungsform dienen. Durch selektive Adsorption, Kristallisation oder Fallung können die beiden Fraktionen weiter gereinigt oder aufgetrennt werden, um beide Fraktionen getrennt nutzbar zu machen.
Die Erfinder haben außerdem erkannt, dass sich bei einer Extraktion mit ScCO2 besondere Vorteile ergeben bei der weiteren nasstechnischen Verarbeitung der entölten Schrote bzw. Mehle durch den verminderten Gehalt an störenden Begleitstoffen, weil das im Schrot enthaltene CO2 gleichzeitig in einer nachfolgenden Verarbeitung stabilisierend wirkt, da Oxidations- prozesse eingeschränkt werden.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die gewonnenen Präparate nach der scCO2-Behandlung direkt abgepackt werden. Überraschenderweise sind sie dann ohne weitere Schutzgaszugabe direkt vor Oxidation geschützt. Eine Teilbeluftung oder Kombination mit anderen Schutzgasen kann dennoch vorteilhaft sein.
Weiterhin wurde erkannt, dass die funktionellen Eigenschaften der Proteinpraparate durch die Einstellung der Korngroße modifiziert werden können. Durch eine entsprechende Feinzerkleinerung oder Fraktionierung nach Korngroße oder Korndichte des Sonnenblumenproteinmehls oder des Konzentrats können die Wasserbindung sowie die Emulgierkapazitat gezielt eingestellt werden, um unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen. Besonders vorteilhaft wird dabei eine Korngroße von < 500 μm eingestellt oder eine Fraktion mit einer Korngroße ≤ 500 μm abgetrennt.
Nach dem erfindungsgemaßen Verfahren ist mit einem minimalen Einsatz von Wasser die Herstellung hochwertiger Sonnenblumenproteinpraparate möglich, die überraschenderweise ähnlich gute Eigenschaften wie Proteinisolate aufweisen, obwohl sie einen geringeren Proteingehalt haben. Mit Hilfe der beschriebenen Technologie werden Sonnenblumenkerne nahezu vollständig in ernährungsphysiologisch und technofunktionell wertvolle Lebensmittelinhaltsstoffe und weitere Fraktionen für eine energetische und technische Nutzung fraktioniert, wobei die Proteinausbeute besonders hoch ist.
So wurde auch erkannt, dass die anfallende alkoholische zuckerhaltige Losung direkt für die
Fermentation zu Bio-Ethanol verwendet werden kann.
Die Erfinder haben außerdem erkannt, dass das Ol, das durch die unpolare Extraktion gewonnen wird und Reste von Hexan enthalt, ohne weitere Aufbereitung für die Beimischung zu oder Herstellung von Biodiesel geeignet ist oder direkt als Brennstoff genutzt werden kann. In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden die Extraktionen so hintereinander geschaltet, dass mit dem überkritischen CO2 gleich- zeitig der im Schrot gebundene Restalkohol extrahiert wird, so dass nachfolgende Destillations- oder Reinigungsschritte entfallen. Die Erfinder haben festgestellt, dass das Ol, das durch die unpolare Extraktion gewonnen wird und Reste von Alkohol enthalt, sich erstaunlicherweise sehr gut zur Weiterverarbeitung zu Biodiesel eignet und in einem Prozess, der auf enzymatischer Umesterung von Fett mit Alkohol beruht, direkt eingesetzt werden kann. Daher werden besonders vorteilhaft eventuell in das Ol verschleppte Alkohol- anteile nicht entfernt sondern bleiben enthalten und werden bei einer weiteren Verarbeitung des 01s zu Biodiesel nach dem Umesterungsverfahren genutzt.
Ausführungsbeispiele
Beispiel 1 : Sonnenblumenkernproteinkonzentrat aus alkoholischer Extraktion aus entölten, geschälten Sonnenblumenkernen Geschalte Speisekerne mit einer Reinheit von
99,9%, d.h. einem Schalenanteil von < 0,1%, wurden m einer Schneckenpress mit einer Düse von 5mm Durchmesser bei einer Temperatur von ca. 400C (+-5°C) auf einen Restfettgehalt von 23 % entölt und die erhaltenen strangformigen Presslinge in einem Soxhlet für 36h mit n-Hexan entölt und bei Raumtemperatur luftgetrocknet, um Hexanreste zu entfernen. Das so erhaltene Hexan- entolte phenolsaurehaltige Sonnenblumenschrot aus geschalten Speisekernen wurde im Soxhlet mit Methanol (95%) extrahiert, wobei die Alkoholkonzentration sich durch Extraktion des Wassers von anfänglich ca. 80% (v/v) auf ca. 95% erhöhte. Die Temperatur des Ölbads betrug ca. 85 0C, die Extraktionstemperatur betrug zwischen 20 0C (Kuhler) und maximal 65 0C (Siedetemp. Methanol = 65 0C) . Nach 12 Durchläufen wurde die Extraktion beendet, nachdem schon mehrere Durchlaufe keine gelbliche Färbung des Extrakts mehr erkennbar
10 war .
Das so erhaltene Sonnenblumenproteinkonzentrat ist ein feines helles Pulver mit einem Proteingehalt von > 60 % . Die Zusammensetzung ist in nachfolgender
15 Tabelle angegeben.
Das Proteinkonzentrat ist arm an pflanzeneigenen Aromakomponenten. Die Farbe dieses schalenarmen Sonnen- 20 blumenproteinmehls und -konzentrats ist besonders ansprechend bzw. neutral und wird nach CIE L*a*b* mit folgenden Werten wiedergegeben:
Das Sonnenblumenmehl enthielt vorher ca. 0,5 % Kaffeesaurederivate, nachgewiesen mit HPLC (elektro- chemische Detektion) und quantifiziert mit photometrischer Bestimmung. Das extrahierte Sonnenblumenmehl, nachfolgend Sonnenblumenprotemkonzentrat genannt, enthielt nur noch Spuren von Chlorogensaure, d.h. an der Nachweisgrenze von 0,01%. Es wurden demnach 90% der Phenolsauren extrahiert, identifiziert und quantifiziert als Kaffeesaurederivate . Die extrahierte Menge wurde vollständig im Extrakt wiedergefunden. Der Trockenmasseverlust (TS) betrug 24%. Die extrahierte Trockenmasse bestand zu geringen Anteilen aus Protein, Fett und Mineralstoffen. Neben Phenolsauren waren hauptsachlich Zucker, Oligosaccharide, Ballaststoffe enthalten, die insgesamt zu 63% extrahiert wurden, wovon Oligosaccharide wie Raffinose bei vollständiger Extraktion maximal 30% ausmachen. Überraschenderweise gehen also andere sekundäre Pflanzenstoffe, insbesondere Phytinsäure in den Extrakt über.
Die Phenolsauren wurden fast vollständig aus dem Schrot extrahiert und konnten im Exlrakr. nachgewiesen werden. Der Mineralstoffgehalt des Schrotes nahm durch die Behandlung mit Methanol geringfügig zu, wahrend übrige Begleitstoffe entfernt wurden. Die Extraktion mit Methanol fuhrt zu einer weitgehenden Abreicherung störender Begleitstoffe, insbesondere der Phenolsauren sowie von Olbegleitstoffen. Der Proteingehalt wurde auf über 60% erhöht, so dass ein farbstabiles Proteinkonzentrat gewonnen werden kann oder eine folgende nasstechnische Gewinnung hochwertiger Proteimsolate nicht durch Polyphenole gestört wird (siehe Farbe des Proteinisolats, Tabelle) .
Beispiel 2 : Pressen von geschälten Sonnenblumen- kernen
Geschalte Speisekerne wurden mit einer Schneckenpresse bei 40 - 500C mit 3 unterschiedlichen Düsen entölt, die jeweils einen Durchmesser von 6, 5 und 4 mm haben. Die erhaltenen Presskuchen unterschieden sich im Fettgehalt sowie in ihrer Struktur und Farbe (Tabelle 2-1) . Der Fettgehalt wurde nach zwei Methoden bestimmt, wobei die Buchi-Methode (nach Caviezel) den Gesamt- Fettgehalt angibt und die Soxtherm-Methode den extrahierbaren Anteil bestimmt.
Tabelle 2-1
Beim Pressen mit der dünnsten Düse erhöhte sich der Druck in der Presse deutlich, so dass ein sehr fester Presskuchen mit geringem Fettgehalt von ca. 10% erreicht wurde. Der Presskuchen war unter diesen Bedingungen allerdings dunkler, was auf Oxidation oder Maillardreaktion schließen lasst. Bei der schonenderen Pressung mit einer größeren Düse 5/6 mm war der Restfettgehalt mit ca. 33 bzw. 35% wesentlich hoher. Allerdings konnte dieser durch nachfolgende Extraktion auf unter 1 % abgesenkt werden (Tabelle 2-1) .
Die Bestimmung der funktionellen Eigenschaften ergab eine Verbesserung der Proteinloslichkeit sowie der Emulgierkapazitat gegenüber den Ausgangskernen bei den letzten beiden Presskuchen, d.h. dass ein verbesserter ZellaufSchluss und eine gute Porosität durch das Pressen erreicht wurden. Die Porosität geht mit zunehmendem Pressgrad verloren. Um eine optimale Festigkeit des Presskuchens mit einer guten mechanischen Stabilität wahrend der nachfolgenden Extraktion zu erhalten, sollte der Pressgrad dagegen möglichst hoch sein.
Neben der Dusengeometrie wirkte sich auch die Temperatur der Pressung auf den Entolungsgrad und die Struktur der Presslinge aus. Die Festigkeit von Pressungen mit rundem Querschnitt wurde mittels Texture Analyzer (TA) bei einer radialen Druckbeanspruchung mit einem Stempel mit 75 mm Durchmesser bei einer Stempelgeschwindigkeit von lmm/s bestimmt. Gemessen wurde die maximale Kraft, die aufgewendet wurde bis zum Bruch des Presslings. Die Kraft wurde bezogen auf die beanspruchte Flache von lmm Breite und der Lange des Presslings unter dem Stempel Der Mittelwert des Bruchdrucks wurde anhand von jeweils 20 Proben bestimmt.
Em sehr niedriger Restfettgehalt von 11% konnte auch mit einer größeren Düse mit 8 mm Durchmesser (Tabelle 2-2) erzielt werden, wenn die Temperatur auf bis zu 700C erhöht wurde. Diese Presslmge wiesen eine sehr hohe mechanische Stabilität auf, hatten jedoch eine hohe Schuttdichte und daher niedrigere Porosität und wiesen eine etwas dunklere Farbe auf als die Presskuchen, die bei 400C erhalten wurden. Bei Anwendung von niedrigeren Temperaturen unter 6O0C konnte ein annähernd festes Material mit jedoch deutlich höherer Porosität erhalten werden (Tabelle 2- 2), dass nur wenig thermische Schädigung aufwies und sich sehr gut extrahieren ließ. Dagegen wurden bei Temperaturen > 70°C bereits deutliche Proteinschaden und eine starke Verfärbung festgestellt.
Es wurde erkannt, dass bei einem Pressgrad auf einen Restfettgehalt im Bereich von ca. 15 % bis 25 % Restfett, Presskuchen-Pellets erhalten werden, die croiz fenlender Schalen eine gute mechanische Stabilität bei noch ausreichend vorhandener Porosität aufweisen, so dass ohne weitere Strukturierung oder Zerkleinerung bei der nachfolgenden Extraktion eine vollständige Entolung möglich ist. Überraschenderweise weisen die Pellets auch nach der Entolung trotz der mit der Entfernung des Ols einhergehenden Lockerung der Struktur noch eine ausreichende mechanische Stabilität auf, so dass sie einer Extraktion mit einem weiteren Losemittel unterworfen und so an proteinfremden Substanzen abgereichert werden können, ohne auseinander zu fallen. Durch die poröse Struktur haben sie ein sehr gunstiges Extraktionsverhalten für eine weitere
Extraktion, z.B. mit alkoholischer Losung. Dadurch kann auf eine Strukturierung oder Zerkleinerung vor der Extraktion, die sonst üblicherweise durchgeführt werden muss, verzichtet werden.
Je nach Konfiguration und Geometrie der Pressvorrichtung ist der optimale Pressgrad bei einem Restolgehalt von ca. 15% bis 25 % erreicht (vgl. Fig. 2) . Dabei wurde erkannt, dass auch bei Temperaturen unter 6O0C eine ausreichende Verdichtung der Presslinge erzielt wird und gleichzeitig die Funktionalitat und Farbe der Proteine am besten erhalten bleiben.
Insgesamt können durch ein Pressen, bei welchem ein bestimmter Restfettgehalt bestehen bleibt, die Partikel so strukturiert werden, dass eine nachtragliche Strukturierung oder Zerkleinerung nicht mehr erforderlich ist, die sonst üblicherweise zum Aufbrechen des Presskuchens vor der Extraktion durchgeführt wird. Neben der Vereinfachung des
Verfahrens tragt dies zur Schonung des Presskuchens bei, so dass u. a. Proteinfunktionalitat und die Farbe im Endprodukt verbesserbar sind. Auch werden durch den reduzierten Pressgrad die Proteine geschont und die funktionellen Eigenschaften des Proteinpraparats bleiben in verbessertem Masse erhalten. Dabei wird gleichzeitig eine Partikelform hergestellt, die eine optimale Extraktion ermöglicht und so der Restolgehalt nach dem Entölen weiter gesenkt werden kann. Auch dies tragt u. a. zu einer Verbesserung der Farbe des Proteinpraparats bei.
Beispiel 3 : Sonnenblumenkernmehle und Proteinkonzentrate, erhalten durch Entölung und Extraktion von schalenfreien Presskuchen mit Hexan, scCO2 und Ethanol
Herstellung:
1. Schalung der Sonnenblumensamen und Auftrennung in eine Kern- und eine Schalenfraktion und Verwendung der Kernfraktion mit einem Schalengehalt von maximal 0,5% (w/w)
2. mechanische Teilentolung auf einen Restfettgehalt von ca. 36% durch Pressung, wie bei Beispiel 2
3. Entolung des Sonnenblumenpresskuchens a) mit isoHexan in einem Perkolator bei Temperaturen von maximal 600C oder b) Extraktion mit überkritischem CO2 in einem Druckbehalter (Einstellungen s.u., Tabelle)
4. Extraktion des Presskuchens aus 2 oder des Proteinmehls aus 3a mit Ethanol und/oder Hexan in einer Soxhlet-Apparatur (Einstellungen s.u., Tabelle)
5. Austreiben des Hexans nach der Extraktion 3a mit überhitztem Hexandampf unter Vakuum (< 500 hPa) 6. Austreiben weiteren Hexans aus 5 mit überhitztem Wasserdampf unter Vakuum (< 500 hPa) .
7. Entfernung von Losemittelresten aus 6 durch Erhitzung auf 60 0C im Vakuum (< 500 hPa) . Das so erhaltene Raffinat wird nachfolgend Proteinmehl genannt.
8. Entfernung des Losemittels nach Extraktionen 4 im Luftstrom bei Raumtemperatur, um Proteinkonzentrate zu erhalten. 9. Verdampfung des Alkohols und Trocknung des im Verfahrensschritt 8 erhaltenen Raffinats im Rotationsverdampfer unter Vakuum bei maximal 5O0C, um ein Sonnenblumenproteinkonzentrat zu erhalten. 10. Vermahlung der Sonnenblumenproteinmehle und konzentrate aus Schritt 3b, 7 oder 9 in einer Stiftmuhle mit Siebeinsatz 0,5 mm, um die Sonnenblumenproteinpraparate als feines Pulver zu erhalten. 11. - Einsatz der Proteinmehle und Proteinkonzentrate mit oder ohne vorherige oder nachfolgende Zerkleinerung.
Die Pellets aus der Schneckenpresse (5-mm-Duse aus Beispiel 2) wurden anschließend auf zwei unterschiedliche Arten entölt, 1. mit Hexan (Entolung und Desolventierung bei Temperaturen unterhalb 600C) und 2. mit überkritischem CO2. Dabei wurde mit Hexan eine vollständige Entolung erzielt, die Extraktion mit CO2 bei 800*105 Pa war ebenfalls nahezu vollständig, bei 285*105 Pa wurde dagegen knapp 20 % weniger Ol extrahiert (500C, 100 kg/kg CO2) . Die Untersuchung der Saurezahlen der Ole aus beiden Extraktionsverfahren ergab keine grundlegenden Unterschiede. Hiermit wurde außerdem gezeigt, dass sich die Pellets ohne weitere Zerkleinerung oder Aufbereitung sehr gut zur Extraktion eignen .
Tabelle 3-1
Eigenschaften:
Die so erhaltenen Sonnenblumenproteinmehle und - konzentrate haben einen Proteingehalt von mindestens 50% (N x 5, 6) und eine weitere Zusammensetzung sowie funktionelle Eigenschaften, wie in nachfolgender Tabelle angegeben. Die so erhaltenen Sonnenblumen- proteinkonzentrate (Nr.6-8) sind frei von sonnen- blumeneigenen Aromakomponenten. Das Mehl (Nr. 2) wies noch einen gewissen sonnenblumen-nussigen Eigengeschmack auf. Nach einfacher Vermahlung und Siebung (<263 mm) wurde es zur Emulgierung einer Ei-freien Salatmayonnaise eingesetzt, die vergleichbar homogen und stabil war wie mit einem Pflanzenproteinisolat und sensorisch gut beurteilt wurde.
Die Farbe des schalenfreien Sonnenblumenprotein- mehls und der Sonnenblumenproteinkonzentrate ist besonders ansprechend, d. h. neutral und weist nach CIE-L*a*b* folgende Werte auf:
Tabelle 3-2
Beispiel 4 : Sonnenblumenkernproteinmehle aus entölten, geschälten Sonnenblumenkernen mit modifizierten Eigenschaften durch Einstellung der Korngröße
Bei diesem Beispiel wurde unter anderem die Modifizierung der funktionellen Eigenschaften des Sonnenblumenproteinpräparats untersucht bei einer abschließenden Aufbereitung in der Korngröße.
Herstellung:
1. Schälung der Sonnenblumensamen und Auftrennung in eine Kern- und eine Schalenfraktion 2. mechanische Teilentolung auf einen Restfettgehalt von ca. 36% durch Pressung, siehe Beispiel 2
3. Entolung des Sonnenblumenpresskuchens mit iso-Hexan in einem Perkolator bei Temperaturen von maximal 6O0C
4. Austreiben des Hexans mit überhitztem Hexandampf unter Vakuum (< 500 hPa)
5. Austreiben weiteren Hexans mit überhitztem Wasserdampf unter Vakuum (< 500 hPa) . 6. Entfernung von Losemittelresten durch Erhitzung auf 60 0C im Vakuum (< 500 hPa) . Das so erhaltene Raffinat wird nachfolgend Proteinmehl genannt.
7. Sichtung, Siebung und/oder Vermahlung des Proteinkonzentrats in einer Stift- oder Schlagmühle, um Fraktionen mit unterschiedlicher Partikelgroßen- verteilung zu erhalten und so die funktionellen Eigenschaften zu modifizieren
8. Einsatz der Proteinmehle und Proteinkonzentrate mit oder ohne vorherige oder nachfolgende Zerkleinerung.
Das entölte Mehl (Nr. 2) wurde nur gesiebt (< 263 mm) und direkt zur Emulgierung einer Ei-freien Salatmayonnaise eingesetzt, die vergleichbar homogen und stabil war wie mit einem Pflanzenproteinisolat . Der Geschmack und die Textur konnten weiter verbessert werden, wenn das Proteinmehl vermählen wurde.
Durch eine Aufbereitung in der Korngrosse, wie sie oben im letzten Schritt 7 durchgeführt wurde, waren die funktionellen Eigenschaften der Sonnenblumenkern- proteinpraparate veränderbar. Zur Korngrossenver- kleinerung wurde neben einer reinen Vermahlung auch eine Sichtung oder eine Siebung, gegebenenfalls in Verbindung mit einer Vermahlung eingesetzt. Mit abnehmender Korngrosse nahm die Wasserbindung tendenziell zu, beim SBK ebenso die Emulgierkapazitat , wahrend die Olbmdung geringfügig abnahm oder sich kaum änderte. Die Präparate mit einer homogeneren Korn- grossenverteilung haben eine höhere Wasserbindung. Als besonders vorteilhaft zur Steigerung der Wasserbindung stellte sich die Kombination von Fraktionierung und Zerkleinerung heraus. Insgesamt ist es möglich, das funktionelle Profil durch eine zielgerichtete Aufbereitung in der Korngrößenverteilung zu modifizieren.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Gewinnung von Proteinpraparaten aus Sonnenblumensamen mit wenigstens folgenden Schritten: - Schalen der Sonnenblumensamen bis auf einen
Restschalengehalt von ≤ 5 Gew.% oder Bereitstellen von geschalten Sonnenblumensamen mit einem Restschalengehalt von ≤ 5 Gew.%,
- mechanische Teilentolung der geschalten Sonnenblumensamen durch Pressen,
- Durchfuhrung eines oder mehrerer Extraktionsschritte mit mindestens einem Losungsmittel, durch die ein entfettetes proteinhaltiges Mehl als Proteinpraparat erhalten wird, wobei mindestens einer der Extraktionsschritte eine weitere Entolung der teilentolten geschalten Sonnenblumensamen bewirkt,
- wobei die mechanische Teilentolung bis auf einen Fett- oder Olgehalt der geschalten Sonnenblumensamen im Bereich zwischen 10 und 35 Gew.% durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Teilentolung bis auf einen Fett- oder Olgehalt der geschalten Sonnenblumensamen durchgeführt wird, bei dem durch das Pressen ein Presskuchen erhalten wird, der eine Dicke im Bereich zwischen 0,2 und 4 cm, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 und 2 cm aufweist. - A l -
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Teilentolung bis auf einen Fett- oder Olgehalt der geschalten Sonnenblumensamen im Bereich zwischen 12 und 25 Gew.%, bevorzugt im Bereich zwischen 17 und 25 Gew.%, durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Teilentolung Presskuchen in Form von Strängen mit annähernd rundem Querschnitt mit einem Durchmesser zwischen 0,4 und 4 cm, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 und 2 cm, oder einem eckigen Querschnitt mit einer Kantenlange zwischen 0,4 und 4 cm, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 und 2 cm, in mindestens einer Dimension ergibt, die eine Bruchfestigkeit von 2 - 10 N/mm2, besser 4 - 8 N/mm2 aufweisen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Schalen der Sonnenblumensamen bis auf einen Restschalengehalt von ≤ 1 Gew.% erfolgt oder geschalte Sonnenblumensamen mit einem Restschalengehalt von ≤ 1 Gew.% bereitgestellt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem Sonnenblumensamen vom Speisetyp verwendet werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Temperatur der geschälten Sonnenblumensamen bei der Teilentolung und weiteren Entolung in einem Bereich zwischen 1O0C und 800C gehalten wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Temperatur der geschalten Sonnenblumensamen bei der Teilentolung und weiteren Entolung bei ≤ 700C, besonders bevorzugt bei ≤ 6O0C, gehalten wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Teilentolung und der eine oder die mehreren Extraktionsschritte so durchgeführt werden, dass ein Denaturierungsgrad der Proteine im entfetteten protemhaltigen Mehl maximal 40%, vorzugsweise zwischen 10% und 30%, betragt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die mehreren Extraktionsschritte eine
Kombination von mindestens einem lipophilen Extraktionsschritt mit einem lipophilen Losungsmittel und mindestens einem hydrophilen Extraktionsschritt mit einem hydrophilen Losungsmittel umfassen.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem durch den hydrophilen Extraktionsschritt proteinfremde Stoffe aus dem proteinhaltigen Mehl abgereichert werden und Proteine weitgehend (d.h. mit maximal 10% Proteinverlust) ungelöst bleiben, wobei als hydrophiles Losungsmittel ein wassrig- alkoholisches Losungsmittel mit einem Alkoholanteil zwischen 600 und 800 Milliliter Alkohol pro Liter des Losungsmittels eingesetzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem mehrere hydrophile Extraktionsschritte mit einem alkoholhaltigen Losungsmittel durchgeführt werden, wobei bei mindestens einem Übergang von einem zum nächsten hydrophilen Extraktionsschritt der Alkoholgehalt im alkoholhaltigen Losungsmittel erhöht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem ein Restwassergehalt nach dem ersten hydrophilen Extraktionsschritt 20 - 30 % betragt und dieser durch eine weitere Extraktion mit einem hydrophilen Losungsmittel auf 5 -10% gesenkt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das proteinhaltige Mehl in der Korngroße verändert oder nach Korngroße oder Korndichte getrennt wird, um funktionelle Eigenschaften des proteinhaltigen Mehls zu modifizieren.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Korngroße des proteinhaltigen Mehls auf ≤ 500 μm verringert oder eine Fraktion mit dieser Korngroße abgetrennt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem im Extraktionsruckstand verbliebene
Losungsmittel durch Anwendung von Vakuum bei Temperaturen unter 70°C entfernt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem ein Vakuum von 200 - 800 hPa und eine Temperatur von 40 - 65 0C eingestellt werden.
18. Protempraparat, welches aus Sonnenblumensamen hergestellt xst, mit einem Proteingehalt von weniger als 90 % bezogen auf die Trockenmasse, wobei das Proteinpraparat eine Helligkeit L*, bestimmt gemäß CIE-L*a*b*-Farbmessung, von mindestens 70 und zumindest wasserbindende, olbindende und emulgierende Funktionalität aufweist .
19. Proteinpraparat nach Anspruch 18, wobei die Helligkeit L* mindestens 80 betragt, vorzugsweise mindestens 85 und besonders bevorzugt mindestens 90, und/oder die Werte für a* und b* gemass CIE-L*a*b*-Farbmessung im Bereich von -5 < a* < +5, -5 < b* < +20 liegen, vorzugsweise im Bereich von -3 < a* < +3, -2 < b* < +15 und besonders bevorzugt im Bereich von -1 < a* < +1, 0 < b* < +10.
20. Proteinpraparat nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Wasserbindung des Protempraparats, bestimmt nach dem AACC-Bestimmungsverfahren, mindestens 2 ml/g Trockenmasse betragt, bevorzugt mindestens 3 ml/g, und/oder die Olbmdung, bestimmt nach dem Fettbinde-Bestimmungsverfahren, mindestens 1 ml/g betragt, bevorzugt mindestens 4 ml/g, und/oder die Emulgierkapazitat , bestimmt nach der zuvor definierten Konduktivitatsmessungs-Methode, mindestens 400 ml Ol pro Gramm betragt, bevorzugt mindestens 500 ml Ol pro Gramm.
21. Proteinpraparat nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei das Proteinpraparat eine Proteinloslichkeit aufweist, die, bestimmt nach der o.g. Methode nach Morr, großer als 40 % ist, bevorzugt großer als 50 %.
22. Proteinpraparat nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei das Proteinpraparat mindestens eine der folgenden schaumbildenden Eigenschaften aufweist: die Schaumaktivitat entspricht mindestens 50 % der Schaumaktivitat von Huhnereiklar, die Schaumdichte entspricht mindestens 50 % und/oder höchstens 200 % der Schaumdichte von Huhnereischnee, die Schaumstabilitat entspricht mindestens 80 %, bevorzugt mindestens 90 % und besonders bevorzugt mindestens 100 % der Schaumstabilitat von
Huhnereischnee, bestimmt nach Aufschlag in einer Hobart-Kuchenmaschine, wie zuvor beschrieben.
23. Proteinpraparat nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei das Proteinpraparat einen Rohfasergehalt aufweist, der, bezogen auf die Trockenmasse, mindestens 5 %, bevorzugt mindestens 10 %, betragt und/oder höchstens 40 %, bevorzugt höchstens 30 %.
24. Proteinpraparat nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei das Proteinpraparat einen Fettgehalt aufweist, der, bezogen auf die Trockenmasse, unter 5 % liegt, bevorzugt unter 2 %, besonders bevorzugt unter 1 %, bestimmt nach der Buchi-Methode nach Caviezel.
25. Proteinpraparat nach einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei das Proteinpraparat mindestens einen Gehalt, bevorzugt alle der folgenden Gehalte an Stoffen aufweist :
Phytinsauregehalt, bezogen auf die Trockenmasse, von unter 10 %, bevorzugt unter 2 %, besonders bevorzugt unter 1 %,
Oligosaccharidgehalt , bezogen auf die Trockenmasse, von unter 10 %, bevorzugt unter 5 %, besonders bevorzugt unter 2 %,
Phenolsauregehalt , bezogen auf die Trockenmasse, von unter 8 %, bevorzugt unter 3 %, besonders bevorzugt unter 0,5 %.
26. Proteinpraparat nach einem der Ansprüche 18 bis 25, wobei das Proteinpraparat eine Aminosaure- Zusammensetzung aufweist, die im Wesentlichen derjenigen des für die Herstellung verwendeten Sonnenblumensamens entspricht.
27. Proteinpraparat mit einem Proteingehalt zwischen 50 und 70% (NXβ,25) in der Trockenmasse, das durch ein
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 gewonnen wird.
28. Verwendung des Präparats nach einem der Ansprüche 18 bis 27 als Zutat in Futter- und Lebensmitteln.
29. Verwendung des Präparats nach einem der Ansprüche 18 bis 27 als technofunktionelle Zutat in Futter- und Lebensmitteln zum Zweck der Emulsions- oder Schaumstabilisierung oder zur Texturverbesserung.
30. Produkt in Form eines Sonnenblumensamen- protemmehls , eines Proteinkonzentrats, eines Proteinisolates mit einem Proteingehalt von mindestens 90 % bezogen auf die Trockenmasse, eines Lebensmittels, eines Futtermittels, insbesondere Fischfutters, einer Zutat für Lebens- und/oder Futtermittel, oder eines Kosmektikprodukts, hergestellt mit einem Proteinpraparat nach einem der Ansprüche 18 bis 27 und/oder mit einem Proteinpraparat erhalten mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
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